車両
【課題】旋回性能を向上させることができるとともに、傾斜方向への外乱を受けたときにも、安定した走行状態を実現することができるようにする。
【解決手段】互いに連結された操舵部及び駆動部を備える車体と、操舵部に回転可能に取り付けられた車輪であって、車体を操舵する操舵輪と、駆動部に回転可能に取り付けられた車輪であって、車体を駆動する駆動輪と、操舵部又は駆動部を旋回方向に傾斜させる傾斜用アクチュエータ装置と、車体に作用する横加速度を検出する横加速度センサと、傾斜用アクチュエータ装置を制御して車体の傾斜を制御する制御装置とを有し、制御装置は、前記車体の傾斜方向への外乱を受けたとき、車体の傾斜角度の変化のうちの外乱による変化分を抽出し、抽出した外乱による変化分に対応する制御値を加えて、車体の傾斜を制御する。
【解決手段】互いに連結された操舵部及び駆動部を備える車体と、操舵部に回転可能に取り付けられた車輪であって、車体を操舵する操舵輪と、駆動部に回転可能に取り付けられた車輪であって、車体を駆動する駆動輪と、操舵部又は駆動部を旋回方向に傾斜させる傾斜用アクチュエータ装置と、車体に作用する横加速度を検出する横加速度センサと、傾斜用アクチュエータ装置を制御して車体の傾斜を制御する制御装置とを有し、制御装置は、前記車体の傾斜方向への外乱を受けたとき、車体の傾斜角度の変化のうちの外乱による変化分を抽出し、抽出した外乱による変化分に対応する制御値を加えて、車体の傾斜を制御する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、少なくとも左右一対の車輪を有する車両に関するものである。
【背景技術】
【0002】
近年、エネルギ資源の枯渇問題に鑑み、車両の省燃費化が強く要求されている。その一方で、車両の低価格化等から、車両の保有者が増大し、1人が1台の車両を保有する傾向にある。そのため、例えば、4人乗りの車両を運転者1人のみが運転することで、エネルギが無駄に消費されるという問題点があった。車両の小型化による省燃費化としては、車両を1人乗りの三輪車又は四輪車として構成する形態が最も効率的であるといえる。
【0003】
しかし、走行状態によっては、車両の安定性が低下してしまうことがある。そこで、車体を横方向に傾斜させることによって、旋回時の車両の安定性を向上させる技術が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開2008−155671号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、前記従来の車両においては、旋回性能を向上させるために、車体を旋回方向内側に傾斜させることができるようになっているが、路面の段差、横風等によって横方向の大きな外乱を受けると、車体の傾斜制御を適切に行うことができず、車両が不安定となり、乗員が不快に感じたり、不安を抱いたりしてしまうことがある。
【0006】
本発明は、前記従来の車両の問題点を解決して、傾斜方向への外乱を受けたときには、車体の傾斜角度の変化のうちの外乱による変化分を抽出し、外乱による変化分に応じた制御値を加えて車体の傾斜角度を制御することによって、旋回性能を向上させることができるとともに、傾斜方向への外乱を受けたときにも、安定した走行状態を実現することができる安全性の高い車両を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
そのために、本発明の車両においては、互いに連結された操舵(だ)部及び駆動部を備える車体と、前記操舵部に回転可能に取り付けられた車輪であって、前記車体を操舵する操舵輪と、前記駆動部に回転可能に取り付けられた車輪であって、前記車体を駆動する駆動輪と、前記操舵部又は駆動部を旋回方向に傾斜させる傾斜用アクチュエータ装置と、前記車体に作用する横加速度を検出する横加速度センサと、前記傾斜用アクチュエータ装置を制御して前記車体の傾斜を制御する制御装置とを有し、該制御装置は、前記車体の傾斜方向への外乱を受けたとき、車体の傾斜角度の変化のうちの外乱による変化分を抽出し、抽出した外乱による変化分に対応する制御値を加えて、前記車体の傾斜を制御する。
【発明の効果】
【0008】
請求項1の構成によれば、傾斜方向への外乱を受けたときにも、車体の傾斜角度を適切に制御することができ、乗員が不安を感じることがなく、乗り心地がよく、安定した走行状態を実現することができる。
【0009】
請求項2の構成によれば、外乱が小さいときや外乱がないときには過大な制御ゲインに起因する制御の安定性の低下を適切に防止することができるとともに、大きな又は急激な外乱を受けたときには外乱の影響を抑制して車体の傾斜角度を適切に制御することができる。
【0010】
請求項3の構成によれば、遠心力と重力とが釣り合うような角度となるように車体の傾斜角度を制御することができ、かつ、横加速度の変化が大きいときであっても、制御に遅れが生じることがない。
【0011】
請求項4及び5の構成によれば、部材の弾性変形による傾斜制御への影響を除去することができ、傾斜方向への大きな外乱を受けたときであっても、共振が発生することなく、車体の傾斜角度を適切に制御することができ、車体の安定を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1】本発明の第1の実施の形態における車両の構成を示す右側面図である。
【図2】本発明の第1の実施の形態における車両のリンク機構の構成を示す図である。
【図3】本発明の第1の実施の形態における車両の構成を示す背面図である。
【図4】本発明の第1の実施の形態における車体傾斜制御システムの構成を示すブロック図である。
【図5】本発明の第1の実施の形態における旋回走行時の車体の傾斜動作を説明する力学モデルを示す図である。
【図6】本発明の第1の実施の形態における横加速度演算処理の動作を示すフローチャートである。
【図7】本発明の第1の実施の形態における横加速度推定処理の動作を示すフローチャートである。
【図8】本発明の第1の実施の形態におけるフィルタ処理のサブルーチンを示すフローチャートである。
【図9】本発明の第1の実施の形態における外乱演算処理の動作を示すフローチャートである。
【図10】本発明の第1の実施の形態におけるリンク角速度算出処理のサブルーチンを示すフローチャートである。
【図11】本発明の第1の実施の形態におけるゲインの例を示す図である。
【図12】本発明の第1の実施の形態における傾斜制御処理の動作を示すフローチャートである。
【図13】本発明の第1の実施の形態におけるリンクモータ制御処理の動作を示すフローチャートである。
【図14】本発明の第1の実施の形態における車体傾斜制御システムの構成の変形例を示すブロック図である。
【図15】本発明の第2の実施の形態における傾斜制御処理の動作を示すフローチャートである。
【図16】本発明の第2の実施の形態におけるワインドダウン制御処理のサブルーチンを示すフローチャートである。
【図17】本発明の第2の実施の形態における外乱加速度演算処理のサブルーチンを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【0014】
図1は本発明の第1の実施の形態における車両の構成を示す右側面図、図2は本発明の第1の実施の形態における車両のリンク機構の構成を示す図、図3は本発明の第1の実施の形態における車両の構成を示す背面図である。なお、図3において、(a)は車体が直立している状態を示す図、(b)は車体が傾斜している状態を示す図である。
【0015】
図において、10は、本実施の形態における車両であり、車体の駆動部としての本体部20と、乗員が搭乗して操舵する操舵部としての搭乗部11と、車体の前方において幅方向の中心に配設された前輪である操舵輪としての車輪12Fと、後輪として後方に配設された駆動輪である左側の車輪12L及び右側の車輪12Rとを有する。さらに、前記車両10は、車体を左右に傾斜させる、すなわち、リーンさせるためのリーン機構、すなわち、車体傾斜機構として、左右の車輪12L及び12Rを支持するリンク機構30と、該リンク機構30を作動させるアクチュエータである傾斜用アクチュエータ装置としてのリンクモータ25とを有する。なお、前記車両10は、前輪が左右二輪であって後輪が一輪の三輪車であってもよいし、前輪及び後輪が左右二輪の四輪車であってもよいが、本実施の形態においては、図に示されるように、前輪が一輪であって後輪が左右二輪の三輪車である場合について説明する。
【0016】
旋回時には、左右の車輪12L及び12Rの路面18に対する角度、すなわち、キャンバ角を変化させるとともに、搭乗部11及び本体部20を含む車体を旋回内輪側へ傾斜させることによって、旋回性能の向上と乗員の快適性の確保とを図ることができるようになっている。すなわち、前記車両10は車体を横方向(左右方向)にも傾斜させることができる。なお、図2及び3(a)に示される例においては、左右の車輪12L及び12Rは路面18に対して直立している、すなわち、キャンバ角が0度になっている。また、図3(b)に示される例においては、左右の車輪12L及び12Rは路面18に対して右方向に傾斜している、すなわち、キャンバ角が付与されている。
【0017】
前記リンク機構30は、左側の車輪12L及び該車輪12Lに駆動力を付与する電気モータ等から成る左側の回転駆動装置51Lを支持する左側の縦リンクユニット33Lと、右側の車輪12R及び該車輪12Rに駆動力を付与する電気モータ等から成る右側の回転駆動装置51Rを支持する右側の縦リンクユニット33Rと、左右の縦リンクユニット33L及び33Rの上端同士を連結する上側の横リンクユニット31Uと、左右の縦リンクユニット33L及び33Rの下端同士を連結する下側の横リンクユニット31Dと、本体部20に上端が固定され、上下に延在する中央縦部材21とを有する。また、左右の縦リンクユニット33L及び33Rと上下の横リンクユニット31U及び31Dとは回転可能に連結されている。さらに、上下の横リンクユニット31U及び31Dは、その中央部で中央縦部材21と回転可能に連結されている。なお、左右の車輪12L及び12R、左右の回転駆動装置51L及び51R、左右の縦リンクユニット33L及び33R、並びに、上下の横リンクユニット31U及び31Dを統合的に説明する場合には、車輪12、回転駆動装置51、縦リンクユニット33及び横リンクユニット31として説明する。
【0018】
そして、駆動用アクチュエータ装置としての前記回転駆動装置51は、いわゆるインホイールモータであって、固定子としてのボディが縦リンクユニット33に固定され、前記ボディに回転可能に取り付けられた回転子としての回転軸が車輪12の軸に接続され、前記回転軸の回転によって車輪12を回転させる。なお、前記回転駆動装置51は、インホイールモータ以外の種類のモータであってもよい。
【0019】
また、前記リンクモータ25は、電気モータ等を含む回転式の電動アクチュエータであって、固定子としての円筒状のボディと、該ボディに回転可能に取り付けられた回転子としての回転軸とを備えるものであり、前記ボディが取付フランジ22を介して本体部20に固定され、前記回転軸がリンク機構30の上側の横リンクユニット31Uに固定されている。なお、リンクモータ25の回転軸は、本体部20を傾斜させる傾斜軸として機能し、中央縦部材21と上側の横リンクユニット31Uとの連結部分の回転軸と同軸になっている。そして、リンクモータ25を駆動して回転軸をボディに対して回転させると、本体部20及び該本体部20に固定された中央縦部材21に対して上側の横リンクユニット31Uが回動し、リンク機構30が作動する、すなわち、屈伸する。これにより、本体部20を傾斜させることができる。なお、リンクモータ25は、その回転軸が本体部20及び中央縦部材21に固定され、そのボディが上側の横リンクユニット31Uに固定されていてもよい。
【0020】
また、リンクモータ25は、リンク機構30のリンク角の変化を検出するリンク角センサ25aを備える。該リンク角センサ25aは、リンクモータ25においてボディに対する回転軸の回転角を検出する回転角センサであって、例えば、レゾルバ、エンコーダ等から成る。前述のように、リンクモータ25を駆動して回転軸をボディに対して回転させると、本体部20及び該本体部20に固定された中央縦部材21に対して上側の横リンクユニット31Uが回動するのであるから、ボディに対する回転軸の回転角を検出することによって、中央縦部材21に対する上側の横リンクユニット31Uの角度の変化、すなわち、リンク角の変化を検出することができる。
【0021】
なお、リンクモータ25は、回転軸をボディに対して回転不能に固定する図示されないロック機構を備える。該ロック機構は、メカニカルな機構であって、回転軸をボディに対して回転不能に固定している間には電力を消費しないものであることが望ましい。前記ロック機構によって、回転軸をボディに対して所定の角度で回転不能に固定することができる。
【0022】
前記搭乗部11は、本体部20の前端に図示されない連結部を介して連結される。該連結部は、搭乗部11と本体部20とを所定の方向に相対的に変位可能に連結する機能を有していてもよい。
【0023】
また、前記搭乗部11は、座席11a、フットレスト11b及び風よけ部11cを備える。前記座席11aは、車両10の走行中に乗員が着座するための部位である。また、前記フットレスト11bは、乗員の足部を支持するための部位であり、座席11aの前方側(図1における右側)下方に配設される。
【0024】
さらに、搭乗部11の後方若しくは下方又は本体部20には、図示されないバッテリ装置が配設されている。該バッテリ装置は、回転駆動装置51及びリンクモータ25のエネルギ供給源である。また、搭乗部11の後方若しくは下方又は本体部20には、図示されない制御装置、インバータ装置、各種センサ等が収納されている。
【0025】
そして、座席11aの前方には、操縦装置41が配設されている。該操縦装置41には、操舵装置としてのハンドルバー41a、速度メータ等のメータ、インジケータ、スイッチ等の操縦に必要な部材が配設されている。乗員は、前記ハンドルバー41a及びその他の部材を操作して、車両10の走行状態(例えば、進行方向、走行速度、旋回方向、旋回半径等)を指示する。なお、乗員が要求する車体の要求旋回量を出力するための手段である操舵装置として、ハンドルバー41aに代えて他の装置、例えば、ステアリングホイール、ジョグダイヤル、タッチパネル、押しボタン等の装置を操舵装置として使用することもできる。
【0026】
また、前記操縦装置41は、要求旋回量を検出する要求旋回量検出手段としての操舵角センサ53を備える。該操舵角センサ53は、ハンドルバー41aと前輪フォーク17の上端とを接続する図示されない操舵軸部材の、搭乗部11が備えるフレーム部材に対する回転角度、すなわち、操舵角の変化を検出するセンサであり、例えば、エンコーダ等から成る。そして、前記操舵角センサ53によって、ハンドルバー41aの操舵量、すなわち、要求旋回量としての操舵装置の操舵量を検出することができる。
【0027】
なお、車輪12Fは、サスペンション装置(懸架装置)の一部である前輪フォーク17を介して搭乗部11に接続されている。前記サスペンション装置は、例えば、一般的なオートバイ、自転車等において使用されている前輪用のサスペンション装置と同様の装置であり、前記前輪フォーク17は、例えば、スプリングを内蔵したテレスコピックタイプのフォークである。そして、一般的なオートバイ、自転車等の場合と同様に、乗員によるハンドルバー41aの操作に応じて操舵輪としての車輪12Fは舵角を変化させ、これにより、車両10の進行方向が変化する。
【0028】
具体的には、前記ハンドルバー41aは、図示されない操舵軸部材の上端に接続され、操舵軸部材の下端には前輪フォーク17の上端が接続されている。前記操舵軸部材は、上端が下端よりも後方に位置するように斜めに傾斜した状態で、搭乗部11が備える図示されないフレーム部材に、回転可能に取り付けられている。また、前輪である車輪12Fの車軸と後輪である左右の車輪12L及び12Rの車軸との距離、すなわち、ホイールベースはLH である。
【0029】
さらに、車輪12Fの車軸を支持する前輪フォーク17の下端には、車両10の走行速度である車速を検出する車速検出手段としての車速センサ54が配設されている。該車速センサ54は、車輪12Fの回転速度に基づいて車速を検出するセンサであり、例えば、エンコーダ等から成る。
【0030】
本実施の形態において、車両10は横加速度センサ44を有する。該横加速度センサ44は、一般的な加速度センサ、ジャイロセンサ等から成るセンサであって、車両10の横加速度、すなわち、車体の幅方向としての横方向(図3における左右方向)の加速度を検出する。
【0031】
車両10は、旋回時に車体を旋回内側に傾斜させて安定させるので、車体を傾斜させることによって、旋回時の旋回外側への遠心力と重力とが釣り合うような角度になるように制御される。このような制御を行うことによって、例えば、路面18が進行方向と垂直な方向(進行方向に対する左右方向)に傾斜していたとしても、常に車体を水平に保つことが可能になる。これにより、車体及び乗員には、見かけ上、常に重力が鉛直下向きにかかっていることになり、違和感が低減され、また、車両10の安定性が向上する。
【0032】
そこで、本実施の形態においては、傾斜する車体の横方向の加速度を検出するために、横加速度センサ44を車体に取り付け、横加速度センサ44の出力がゼロとなるようにフィードバック制御を行う。これにより、旋回時に作用する遠心力と重力とが釣り合う傾斜角まで、車体を傾斜させることができる。また、進行方向と垂直な方向に路面18が傾斜している場合でも、車体が鉛直になる傾斜角となるように制御することができる。なお、前記横加速度センサ44は、車体の幅方向の中心、すなわち、車体の縦方向軸線上に位置するように配設されている。
【0033】
しかし、横加速度センサ44が1つであると、不要加速度成分をも検出してしまうことがある。例えば、車両10の走行中、路面18の窪(くぼ)みに左右の車輪12L及び12Rのいずれか一方のみが落下する場合があり得る。この場合、車体が傾斜するので、横加速度センサ44は、周方向に変位し、周方向の加速度を検出することになる。つまり、遠心力や重力に直接由来しない加速度成分、すなわち、不要加速度成分が検出されてしまう。
【0034】
また、車両10は、例えば、車輪12L及び12Rのタイヤ部分のように弾性を備え、ばねとして機能する部分を含み、また、各部材の接続部等に不可避的なガタが含まれる。そのため、横加速度センサ44は、不可避的なガタやばねを介して車体に取り付けられていると考えられるので、ガタやばねの変位によって生じる加速度をも不要加速度成分として検出してしまう。
【0035】
このような不要加速度成分は、車体傾斜制御システムの制御性を悪化させる可能性がある。例えば、車体傾斜制御システムの制御ゲインを大きくすると、不要加速度成分に起因する制御系の振動、発散等が発生するので、応答性を向上させようとしても制御ゲインを大きくすることができなくなってしまう。
【0036】
そこで、本実施の形態においては、横加速度センサ44が複数であって、互いに異なる高さに配設されている。図1及び3に示される例において、横加速度センサ44は、第1横加速度センサ44a及び第2横加速度センサ44bの2つであって、第1横加速度センサ44aと第2横加速度センサ44bとは互いに異なる高さ位置に配設されている。第1横加速度センサ44a及び第2横加速度センサ44bの位置を適切に選択することで、効果的に不要加速度成分を取り除くことができる。
【0037】
具体的には、図3(a)に示されるように、第1横加速度センサ44aは、搭乗部11の背面において、路面18からの距離、すなわち、高さがL1 の位置に配設されている。また、第2横加速度センサ44bは、搭乗部11の背面又は本体部20の上面において、路面18からの距離、すなわち、高さがL2 の位置に配設されている。なお、L1 >L2 である。そして、旋回走行時に、図3(b)に示されるように、車体を旋回内側(図において右側)に傾けた状態で旋回すると、第1横加速度センサ44aは、横方向の加速度を検出して検出値a1 を出力し、第2横加速度センサ44bは、横方向の加速度を検出して検出値a2 を出力する。なお、車体が傾く際の傾斜運動の中心、すなわち、ロール中心は、厳密には路面18よりわずかに下方に位置するが、実際上は、概略路面18と等しい位置であると考えられる。
【0038】
前記第1横加速度センサ44a及び第2横加速度センサ44bは、ともに、十分に剛性の高い部材に取り付けられることが望ましい。また、L1 とL2 との差は、小さいと検出値a1 及びa2 の差が小さくなるので、十分に大きいこと、例えば、0.3〔m〕以上、とすることが望ましい。さらに、前記第1横加速度センサ44a及び第2横加速度センサ44bは、ともに、リンク機構30よりも上方に配設されることが望ましい。さらに、車体がサスペンション等のばねで支持されている場合、前記第1横加速度センサ44a及び第2横加速度センサ44bは、ともに、いわゆる「ばね上」に配設されることが望ましい。さらに、前記第1横加速度センサ44a及び第2横加速度センサ44bは、ともに、前輪である車輪12Fの車軸と後輪である車輪12L及び12Rの車軸との間に配設されることが望ましい。さらに、前記第1横加速度センサ44a及び第2横加速度センサ44bは、ともに、可能な限り乗員の近くに配設されることが望ましい。さらに、前記第1横加速度センサ44a及び第2横加速度センサ44bは、ともに、上側から観て進行方向に延在する車両中心軸上に位置すること、すなわち、進行方向に関してオフセットされないことが望ましい。
【0039】
また、本実施の形態における車両10は、制御装置の一部としての車体傾斜制御システムを有する。該車体傾斜制御システムは、一種のコンピュータシステムであり、ECU(Electronic Control Unit)等から成る傾斜制御装置を備える。該傾斜制御装置は、プロセッサ等の演算手段、磁気ディスク、半導体メモリ等の記憶手段、入出力インターフェイス等を備え、リンク角センサ25a、横加速度センサ44、操舵角センサ53、車速センサ54及びリンクモータ25に接続されている。そして、前記傾斜制御装置は、リンクモータ25を作動させるためのトルク指令値を出力する。
【0040】
前記傾斜制御装置は、旋回走行の際には、フィードバック制御及びフィードフォワード制御を行い、車体の傾斜角度が、横加速度センサ44が検出する横加速度の値がゼロとなるような角度になるように、リンクモータ25を作動させる。つまり、旋回外側への遠心力と重力とが釣り合って、横方向の加速度成分がゼロとなるような角度になるように、車体の傾斜角度を制御する。これにより、車体及び搭乗部11に搭乗している乗員には、車体の縦方向軸線と平行な方向の力が作用することとなる。したがって、車体の安定を維持することができ、また、旋回性能を向上させることができる。
【0041】
また、傾斜方向への外乱を受けたときには、車体の傾斜角度の変化のうちの外乱による部分を抽出し、残余の部分に対しては通常モードで車体の傾斜角度を制御するとともに、抽出した部分に対しては外乱対応モードで車体の傾斜角度を制御する。したがって、外乱を受けたときでも、車体の安定を維持することができる。また、乗員が違和感を感じることがなく、乗り心地が向上する。
【0042】
次に、前記車体傾斜制御システムの構成について説明する。
【0043】
図4は本発明の第1の実施の形態における車体傾斜制御システムの構成を示すブロック図である。
【0044】
図において、46は傾斜制御装置としての傾斜制御ECUであり、リンク角センサ25a、第1横加速度センサ44a、第2横加速度センサ44b、操舵角センサ53、車速センサ54及びリンクモータ25に接続されている。また、前記傾斜制御ECU46は、横加速度演算部48、横加速度推定部49、外乱演算部43、傾斜制御部47及びリンクモータ制御部42を備える。
【0045】
ここで、前記横加速度演算部48は、第1横加速度センサ44a及び第2横加速度センサ44bが検出した横加速度に基づいて合成横加速度を算出する。また、前記横加速度推定部49は、操舵角センサ53が検出した操舵角、及び、車速センサ54が検出した車速に基づいて車体に作用する横加速度予測値を算出する。さらに、前記外乱演算部43は、第1横加速度センサ44aが検出した横加速度、及び、リンク角センサ25aが検出したリンク角に基づいて外乱分のロールレートを算出する。
【0046】
そして、前記傾斜制御部47は、横加速度演算部48が算出した合成横加速度、横加速度推定部49が算出した横加速度予測値、及び、外乱演算部43が算出した外乱分のロールレートに基づいて制御値としての速度指令値を演算して出力する。また、前記リンクモータ制御部42は、傾斜制御部47が出力した速度指令値に基づいてリンクモータ25を作動させるための制御値としてのトルク指令値を出力する。
【0047】
次に、前記構成の車両10の動作について説明する。まず、旋回走行における車体傾斜制御処理の動作の一部である横加速度演算処理の動作について説明する。
【0048】
図5は本発明の第1の実施の形態における旋回走行時の車体の傾斜動作を説明する力学モデルを示す図、図6は本発明の第1の実施の形態における横加速度演算処理の動作を示すフローチャートである。
【0049】
旋回走行が開始されると、車体傾斜制御システムは車体傾斜制御処理を開始する。姿勢制御が行われることで、車両10は、リンク機構30によって、旋回走行時には、図3(b)に示されるように、車体を旋回内側(図において右側)に傾けた状態で旋回する。また、旋回走行時には、旋回外側への遠心力が車体に作用するとともに、車体を旋回内側に傾けたことによって重力の横方向成分が発生する。そして、横加速度演算部48は、横加速度演算処理を実行し、合成横加速度aを算出して傾斜制御部47に出力する。すると、該傾斜制御部47は、フィードバック制御を行い、合成横加速度aの値がゼロとなるような制御値としての速度指令値を出力する。そして、リンクモータ制御部42は、傾斜制御部47が出力した速度指令値に基づいてトルク指令値をリンクモータ25に出力する。
【0050】
なお、車体傾斜制御処理は、車両10の電源が投入されている間、車体傾斜制御システムによって繰り返し所定の制御周期TS (例えば、5〔ms〕)で実行される処理であり、旋回時において、旋回性能の向上と乗員の快適性の確保とを図る処理である。
【0051】
なお、図5において、44Aは車体において第1横加速度センサ44aの配設された位置を示す第1センサ位置であり、44Bは車体において第2横加速度センサ44bの配設された位置を示す第2センサ位置である。
【0052】
第1横加速度センサ44a及び第2横加速度センサ44bが検出してその検出値を出力する加速度は、〈1〉旋回時に車体に作用する遠心力、〈2〉車体を旋回内側に傾けたことによって発生する重力の横方向成分、〈3〉左右の車輪12L及び12Rのいずれか一方のみが路面18の窪みに落下することによる車体の傾斜、ガタやばねの変位等により第1横加速度センサ44a及び第2横加速度センサ44bが周方向に変位することによって生じる加速度、並びに、〈4〉リンクモータ25の作動又はその反作用により第1横加速度センサ44a及び第2横加速度センサ44bが周方向に変位することによって生じる加速度、の4つであると考えられる。これら4つの加速度のうち、前記〈1〉及び〈2〉は、第1横加速度センサ44a及び第2横加速度センサ44bの高さ、すなわち、L1 及びL2 と無関係である。一方、前記〈3〉及び〈4〉は、周方向に変位することによって生じる加速度であるから、ロール中心からの距離に比例する、すなわち、概略L1 及びL2 に比例する。
【0053】
ここで、第1横加速度センサ44a及び第2横加速度センサ44bが検出してその検出値を出力する〈3〉の加速度をaX1及びaX2とし、第1横加速度センサ44a及び第2横加速度センサ44bが検出してその検出値を出力する〈4〉の加速度をaM1及びaM2とする。また、第1横加速度センサ44a及び第2横加速度センサ44bが検出してその検出値を出力する〈1〉の加速度をaT とし、第1横加速度センサ44a及び第2横加速度センサ44bが検出してその検出値を出力する〈2〉の加速度をaG とする。なお、前記〈1〉及び〈2〉は、第1横加速度センサ44a及び第2横加速度センサ44bの高さに無関係なので、第1横加速度センサ44a及び第2横加速度センサ44bの検出値は等しい。
【0054】
そして、左右の車輪12L及び12Rのいずれか一方のみが路面18の窪みに落下することによる車体の傾斜、ガタやばねの変位等による周方向の変位の角速度をωR とし、その角加速度をωR ’とする。また、リンクモータ25の作動又はその反作用による周方向の変位の角速度をωM とし、その角加速度をωM ’とする。なお、角速度ωM 又は角加速度ωM ’は、リンク角センサ25aの検出値から取得することができる。
【0055】
すると、aX1=L1 ωR ’、aX2=L2 ωR ’、aM1=L1 ωM ’、aM2=L2 ωM ’となる。
【0056】
また、第1横加速度センサ44a及び第2横加速度センサ44bが検出して出力する加速度の検出値をa1 及びa2 とすると、a1 及びa2 は、4つの加速度〈1〉〜〈4〉の合計であるから、次の式(1)及び(2)で表される。
a1 =aT +aG +L1 ωR ’+L1 ωM ’ ・・・式(1)
a2 =aT +aG +L2 ωR ’+L2 ωM ’ ・・・式(2)
そして、式(1)から式(2)を減算すると、次の式(3)を得ることができる。
a1 −a2 =(L1 −L2 )ωR ’+(L1 −L2 )ωM ’ ・・・式(3)
ここで、L1 及びL2 の値は、第1横加速度センサ44a及び第2横加速度センサ44bの高さであるから既知である。また、ωM ’の値は、リンクモータ25の角速度ωM の微分値であるから既知である。すると、前記式(3)の右辺においては、第1項のωR ’の値のみが未知であり、他の値はすべて既知である。したがって、第1横加速度センサ44a及び第2横加速度センサ44bの検出値a1 及びa2 から、ωR ’の値を得ることが可能である。つまり、第1横加速度センサ44a及び第2横加速度センサ44bの検出値a1 及びa2 に基づいて、不要加速度成分を取り除くことができる。
【0057】
車体傾斜制御システムが車体傾斜制御処理を開始すると、横加速度演算部48は、横加速度演算処理を開始し、まず、第1横加速度センサ値a1 を取得するとともに(ステップS1)、第2横加速度センサ値a2 を取得する(ステップS2)。そして、横加速度演算部48は、加速度差Δaを算出する(ステップS3)。該Δaは次の式(4)によって表される。
Δa=a1 −a2 ・・・式(4)
続いて、横加速度演算部48は、ΔL呼出を行うとともに(ステップS4)、L2 呼出を行う(ステップS5)。前記ΔLは次の式(5)によって表される。
ΔL=L1 −L2 ・・・式(5)
続いて、横加速度演算部48は、合成横加速度aを算出する(ステップS6)。なお、合成横加速度aは、横加速度センサ44が1つである場合における横加速度センサ値aに相当する値であって、第1横加速度センサ値a1 と第2横加速度センサ値a2 とを合成した値であり、次の式(6)及び(7)によって得られる。
a=a2 −(L2 /ΔL)Δa ・・・式(6)
a=a1 −(L1 /ΔL)Δa ・・・式(7)
理論上は、式(6)によっても式(7)によっても、同じ値を得ることができるが、周方向の変位によって生じる加速度はロール中心からの距離に比例するので、実際上は、ロール中心により近い方の横加速度センサ44、すなわち、第2横加速度センサ44bの検出値であるa2 を基準にすることが望ましい。そこで、本実施の形態においては、式(6)によって合成横加速度aを算出することとする。
【0058】
最後に、横加速度演算部48は、傾斜制御部47へ合成横加速度aを送出して(ステップS7)、横加速度演算処理を終了する。
【0059】
このように、本実施の形態においては、第1横加速度センサ44aと第2横加速度センサ44bとを互いに異なる高さ位置に配設し、第1横加速度センサ値a1 と第2横加速度センサ値a2 とを合成した合成横加速度aを算出し、該合成横加速度aの値がゼロとなるように、フィードバック制御を行って車体の傾斜角度を制御する。
【0060】
これにより、不要加速度成分を取り除くことができるので、路面状況の影響を受けることがなく、制御系の振動、発散等の発生を防止することができ、車体傾斜制御システムの制御ゲインを大きくして制御の応答性を向上させることができる。
【0061】
なお、本実施の形態においては、横加速度センサ44が2つである場合について説明したが、横加速度センサ44は、複数であって互いに異なる高さに配設されていれば、3つ以上であってもよく、いくつであってもよい。
【0062】
次に、旋回走行における横加速度を推定する横加速度推定処理の動作について説明する。
【0063】
図7は本発明の第1の実施の形態における横加速度推定処理の動作を示すフローチャート、図8は本発明の第1の実施の形態におけるフィルタ処理のサブルーチンを示すフローチャートである。
【0064】
車体傾斜制御システムが車体傾斜制御処理を開始すると、横加速度推定部49は横加速度推定処理を開始する。横加速度推定部49は、まず、操舵角センサ53が検出した操舵角の値である操舵角センサ値θを取得するとともに(ステップS11)、車速センサ54が検出した車速の値である車速センサ値νを取得する(ステップS12)。
【0065】
そして、横加速度推定部49は、θに対してフィルタ処理を実行し(ステップS13)、Ψ(t)を算出する。Ψ(t)は、速度によるカットオフ周波数可変ローパスフィルタによってフィルタ処理された操舵角である。
【0066】
フィルタ処理において、横加速度推定部49は、まず、制御周期TS を取得する(ステップS13−1)。
【0067】
続いて、横加速度推定部49は、カットオフ周波数w(ν)を算出する(ステップS13−2)。該w(ν)は、速度別のカットオフ周波数であり、入力が車速νであって出力がカットオフ周波数となる関数である。例えば、車速に反比例する関数であるが、いかなる関数であってもよい。なお、入力である車速νと出力であるカットオフ周波数との関係を示すテーブルをあらかじめ作成し、該テーブルを参照することによって、演算を行うことなく、カットオフ周波数w(ν)を取得することもできる。
【0068】
続いて、横加速度推定部49は、Ψold 呼出を行う(ステップS13−3)。Ψold は、前回の車体傾斜制御処理実行時に保存されたΨ(t)の値である。なお、初期設定においては、Ψold =0とされている。
【0069】
続いて、横加速度推定部49は、フィルタ処理された操舵角Ψ(t)を算出する(ステップS13−4)。該Ψ(t)は、次の式(8)によって算出される。
Ψ(t)=Ψold /(1+TS w(ν))+TS w(ν)θ/(1+TS w(ν))
・・・式(8)
該式(8)は、バンドパスフィルタとして一般的に使用されるIIR(Infinite Impulse Response)フィルタの式であり、一次遅れ系のローパスフィルタであるカットオフ周波数可変ローパスフィルタを表している。
【0070】
そして、横加速度推定部49は、Ψold =Ψ(t)として保存し(ステップS13−5)、フィルタ処理を終了する。つまり、今回の車体傾斜制御処理実行時に算出したΨ(t)の値をΨold として、記憶手段に保存する。
【0071】
続いて、横加速度推定部49は、LH 呼出を行い(ステップS14)、横加速度予測値af を算出する(ステップS15)。該横加速度予測値af は、次の式(9)によって算出される。
af =ν2 tan{Ψ(t)}/LH ・・・式(9)
該式(9)は、ハンドルバー41aの操舵によって生じる横加速度、すなわち、旋回走行によって生じる遠心力を表している。
【0072】
最後に、横加速度推定部49は、傾斜制御部47へ横加速度予測値af を送出して(ステップS16)、横加速度推定処理を終了する。
【0073】
このように、本実施の形態においては、合成横加速度aの値がゼロとなるようにフィードバック制御を行うとともに、要求旋回量及び車速から横加速度予測値af を算出し、算出した横加速度予測値af を使用したフィードフォワード制御を行う。
【0074】
これにより、旋回時における車体の傾斜角を横加速度と重力とが釣り合うような角度に適切に制御することができる。また、路面18が横方向に傾斜していても、車体を鉛直に保つことができる。さらに、旋回開始時及び終了時のように、横加速度の変化が大きいときであっても、制御に遅れが発生することがない。このため、車両10の安定性を高く保つことができ、乗員の違和感を低減し、快適性を向上させることができる。
【0075】
また、取得した要求旋回量に、車速によってカットオフ周波数を変化させるローパスフィルタをかけることにより、高速走行時の安定性を確保することができる。
【0076】
次に、車体のロールレートのうちの外乱分のロールレートを算出する外乱演算処理の動作について説明する。
【0077】
図9は本発明の第1の実施の形態における外乱演算処理の動作を示すフローチャート、図10は本発明の第1の実施の形態におけるリンク角速度算出処理のサブルーチンを示すフローチャートである。
【0078】
外乱演算部43は、外乱演算処理を開始すると、まず、第1横加速度センサ44aから第1横加速度センサ値a1 を取得するとともに(ステップS21)、横加速度演算部48から合成横加速度aを取得する(ステップS22)。そして、外乱演算部43は、傾斜加速度aS を算出する(ステップS23)。該aS は次の式(10)によって表される。
aS =a1 −a ・・・式(10)
そして、外乱演算部43は、算出した傾斜加速度aS をリングバッファに保存する(ステップS24)。該リングバッファは、傾斜制御ECU46のメモリ領域に確保されたデータ保持用のバッファである。そして、あらかじめ用意したt秒分のリングバッファに、現在からt秒前までの傾斜加速度aS を保存する。
【0079】
続いて、外乱演算部43は、ロールレートを算出する(ステップS25)。車体のロールレートをωS とすると、該ωS は、傾斜加速度aS を過去t秒分だけ積分することによって算出される。具体的には、ロールレートωS は次の式(11)によって算出される。
ωS =(ΣaS )Δt/L1 ・・・式(11)
ここで、Σの項は、リングバッファに保存されている傾斜加速度aS の値の総和を意味する。また、Δtはサンプリング周期である。なお、リングバッファは、t/Δt個分の保存領域を備える。
【0080】
なお、前記式(11)は、積分による誤差を緩和するためのものであり、積分領域t、すなわち、積分する時間t秒は、横加速度センサ44の性能等によって変化するので、遅れ等を考慮して、実験的に決定される。
【0081】
続いて、外乱演算部43は、リンク角速度算出処理を実行し(ステップS26)、Δηを算出する。Δηは、リンク機構30のリンク角の角速度であって、リンク角センサ25aが検出したリンク角センサ値ηを微分することによって算出される。
【0082】
リンク角速度算出処理において、外乱演算部43は、まず、リンク角センサ25aが検出したリンク角センサ値ηを取得する(ステップS26−1)。
【0083】
続いて、外乱演算部43は、ηold 呼出を行うとともに(ステップS26−2)、制御周期TS を取得する(ステップS26−3)。ηold は、前回の車体傾斜制御処理実行時に保存されたηの値である。なお、初期設定においては、ηold =0とされている。
【0084】
続いて、外乱演算部43は、ηの微分値、すなわち、Δηを算出する(ステップS26−4)。Δηは、次の式(12)によって算出される。
Δη=(η−ηold )/TS ・・・式(12)
そして、外乱演算部43は、ηold =ηとして保存し(ステップS26−5)、リンク角速度算出処理を終了する。つまり、今回の車体傾斜制御処理実行時に算出したηの値をηold として、記憶手段に保存する。
【0085】
続いて、外乱演算部43は、外乱分のロールレートを算出する(ステップS27)。外乱分のロールレートをωN とすると、該ωN は、次の式(13)によって算出される。
ωN =ωS −Δη ・・・式(13)
つまり、実際の車体のロールレートωS から、リンク機構30のリンク角の角速度Δηを減じることによって外乱分のロールレートωN を得ることができる。
【0086】
最後に、外乱演算部43は、傾斜制御部47へ外乱分のロールレートωN を送出して(ステップS28)、外乱演算処理を終了する。
【0087】
このように、本実施の形態においては、横加速度センサ44の一方(具体的には、第1横加速度センサ44a)の検出値a1 から合成横加速度aを減ずることで、車体の傾斜方向の振動成分、すなわち、傾斜加速度aS を得ることができる。さらに、傾斜加速度aS を積分した値から、リンク角センサ25aが検出したリンク角センサ値ηを微分した値、すなち、リンク角の角速度Δηを減ずることで、車体の不安定要因となる傾斜方向への外乱分のロールレートωN を算出する。換言すると、横加速度から、旋回による遠心力の分力、傾斜による重力の分力、及び、リンクモータ25による傾斜動作で発生する横加速度の3つを減ずることによって、路面の段差、横風等の外乱により車体の傾斜角度の変化を選択的に抽出する。
【0088】
このようにして算出した外乱分のロールレートωN を用いて、これに応じた値をリンクモータ25の目標速度に加えることによって、傾斜方向への外乱を受けたときにも、安定した走行状態を得ることができる制御を実現することができる。
【0089】
次に、傾斜制御処理及びリンクモータ制御処理の動作について説明する。
【0090】
図11は本発明の第1の実施の形態におけるゲインの例を示す図、図12は本発明の第1の実施の形態における傾斜制御処理の動作を示すフローチャート、図13は本発明の第1の実施の形態におけるリンクモータ制御処理の動作を示すフローチャートである。
【0091】
傾斜制御部47は、傾斜制御処理を開始すると、まず、横加速度演算部48から合成横加速度aを受信する(ステップS31)。
【0092】
続いて、傾斜制御部47は、aold 呼出を行う(ステップS32)。aold は、前回の車体傾斜制御処理実行時に保存された合成横加速度aである。なお、初期設定においては、aold =0とされている。
【0093】
続いて、傾斜制御部47は、制御周期TS を取得し(ステップS33)、aの微分値を算出する(ステップS34)。ここで、aの微分値をΔaとすると、該Δaは次の式(14)によって算出される。
Δa=(a−aold )/TS ・・・式(14)
そして、傾斜制御部47は、aold =aとして保存する(ステップS35)。つまり、今回の車体傾斜制御処理実行時に取得した合成横加速度aをaold として、記憶手段に保存する。
【0094】
続いて、傾斜制御部47は、第1制御値UP を算出する(ステップS36)。ここで、比例制御動作の制御ゲイン、すなわち、比例ゲインをGP とすると、第1制御値UP は次の式(15)によって算出される。
UP =GP a ・・・式(15)
続いて、傾斜制御部47は、第2制御値UD を算出する(ステップS37)。ここで、微分制御動作の制御ゲイン、すなわち、微分時間をGD とすると、第2制御値UD は次の式(16)によって算出される。
UD =GD Δa ・・・式(16)
続いて、傾斜制御部47は、第3制御値Uを算出する(ステップS38)。該第3制御値Uは、第1制御値UP と第2制御値UD との合計であり、次の式(17)によって算出される。
U=UP +UD ・・・式(17)
なお、前記ステップS31〜S38の動作は、合成横加速度aの値がゼロとなるように車体の傾斜角度を制御するフィードバック制御を表している。
【0095】
続いて、傾斜制御部47は、横加速度推定部49から横加速度予測値af を受信する(ステップS39)。
【0096】
続いて、傾斜制御部47は、afold呼出を行う(ステップS40)。afoldは、前回の車体傾斜制御処理実行時に保存された横加速度予測値af である。なお、初期設定においては、afold=0とされている。
【0097】
続いて、傾斜制御部47は、af の微分値を算出する(ステップS41)。ここで、af の微分値をΔaf とすると、該Δaf は次の式(18)によって算出される。
Δaf =(af −afold)/TS ・・・式(18)
そして、傾斜制御部47は、afold=af として保存する(ステップS42)。つまり、今回の車体傾斜制御処理実行時に取得した横加速度予測値af をafoldとして、記憶手段に保存する。
【0098】
続いて、傾斜制御部47は、第4制御値UfDを算出する(ステップS43)。ここで、微分制御動作の制御ゲインをGyDとすると、第4制御値UfDは次の式(19)によって算出される。
UfD=GyDΔaf ・・・式(19)
続いて、傾斜制御部47は、第5制御値Uを算出する(ステップS44)。該第5制御値Uは、第3制御値Uと第4制御値UfDとの合計であり、次の式(20)によって算出される。
U=U+UfD ・・・式(20)
なお、前記ステップS39〜S44の動作は、操舵角及び車速に基づいて得られた横加速度予測値af を使用したフィードフォワード制御を表している。
【0099】
続いて、傾斜制御部47は、外乱演算部43から外乱分のロールレートωN を受信する(ステップS45)。
【0100】
続いて、傾斜制御部47は、外乱制御用ゲインGwPを算出するとともに(ステップS46)、第6制御値UwPを算出する(ステップS47)。ここで、第6制御値UwPは次の式(21)によって算出される。
UwP=GwPωN ・・・式(21)
なお、外乱制御用ゲインGwPは、簡単化する場合には定数であってよく、さらに、制御系が理想の系である場合には、GwP=1とすることができる。しかし、本実施の形態における車体傾斜制御システムのような実際の制御系においては、制御対象であるリンクモータ25の遅れや、横加速度センサ44、リンク角センサ25a等のセンサの観測遅れ等があるため、外乱制御用ゲインGwPの値を調整する必要がある。
【0101】
また、振動等に過敏に応答してしまうことを避けるため、外乱分のロールレートωN の値が大きい場合には、外乱制御用ゲインGwPの値も大きくなるように調整することが望ましい。
【0102】
例えば、GwP=|ωN |とすると、第6制御値UwPを次の式(22)で表すことができる。
UwP=|ωN |ωN =sign(ωN )ωN 2 ・・・式(22)
ここで、sign(x)は、xが正の値であるときは+1、負の値であるときは−1を表す。
【0103】
もっとも、前記式(22)では、外乱分のロールレートωN の値が小さいと第6制御値UwPの値が小さくなり過ぎる場合がある。このような場合には、外乱制御用ゲインGwPの値を、例えば、図11に示されるように、外乱分のロールレートωN の値に応じて変化させるようにしてもよい。つまり、図11に示されるような関数を用いて、外乱制御用ゲインGwPの値を決定することができる。なお、図11において、G1は、最低限作用させたい外乱制御用ゲインGwPの値であり、ω1は外乱制御用ゲインGwPの値を増加させたい外乱分のロールレートωN の値である。
【0104】
続いて、傾斜制御部47は、第7制御値Uを算出する(ステップS48)。該第7制御値Uは、第5制御値Uと第6制御値UwPとの合計であり、次の式(23)によって算出される。
U=U+UwP ・・・式(23)
最後に、傾斜制御部47は、第7制御値Uを速度指令値としてリンクモータ制御部42へ出力して(ステップS49)、処理を終了する。
【0105】
また、リンクモータ制御部42は、リンクモータ制御処理を開始すると、まず、傾斜制御部47から第7制御値Uを受信する(ステップS51)。
【0106】
続いて、リンクモータ制御部42は、リンク角センサ25aが検出したリンク角センサ値ηを取得し(ステップS52)、リンク角速度算出処理を実行して(ステップS53)、リンク機構30のリンク角の角速度Δηを算出する。なお、リンク角速度算出処理の動作は、外乱演算部43が実行するリンク角速度算出処理の動作、すなわち、図10に示されるステップS26−1〜S26−5の動作と同様であるので、説明を省略する。
【0107】
また、リンクモータ制御部42は、リンク角の角速度Δηの値を外乱演算部43から取得することによって、前記ステップS52及びS53の動作を省略することもできる。
【0108】
続いて、リンクモータ制御部42は、制御誤差を算出する(ステップS54)。ここで、制御誤差をεとすると、該εは、次の式(24)によって算出される。
ε=U−Δη ・・・式(24)
なお、Uは傾斜制御部47から受信した第7制御値Uである。
【0109】
続いて、リンクモータ制御部42は、モータ制御比例ゲインGMPを取得する(ステップS55)。該モータ制御比例ゲインGMPの値は、実験等に基づいて設定された値であり、あらかじめ記憶手段に格納されている。
【0110】
続いて、リンクモータ制御部42は、リンクモータ25を作動させるためのトルク指令値を算出する(ステップS56)。ここで、トルク指令値をUT とすると、該UT は次の式(25)によって算出される。
UT =GMPε ・・・式(25)
最後に、リンクモータ制御部42は、トルク指令値をUT をリンクモータ25へ出力して(ステップS57)、処理を終了する。
【0111】
このように、本実施の形態においては、車体の傾斜方向への外乱を受けたとき、車体の傾斜角度の変化のうちの外乱による変化分を抽出し、抽出した外乱による変化分に対応する制御値を加えて、車体の傾斜を制御する。具体的には、車体の不安定要因となる傾斜方向への外乱分のロールレートωN を求め、外乱分のロールレートωN に応じた制御値を加えて車体の傾斜角度を制御する。これにより、路面の段差、横風等によって車両10が傾斜方向への外乱を受けたときにも、安定した走行状態を得ることができる。なお、前記外乱は、例えば、左右の車輪12L及び12Rの一方が路面18から浮き上がることが想定される程度の大きさの横方向の外力である。
【0112】
また、外乱分のロールレートωN が大きくなるほど外乱制御用ゲインGwPの値を大きくすることによって、外乱が小さいときや外乱がないときには過大な制御ゲインに起因する制御の安定性の低下を適切に防止することができるとともに、大きな又は急激な外乱を受けたときには外乱の影響を抑制して車体の傾斜角度を適切に制御することができる。
【0113】
さらに、合成横加速度aの値がゼロとなるようにフィードバック制御を行うとともに、横加速度予測値af を使用したフィードフォワード制御を行うので、旋回時における車体の傾斜角を横加速度と重力とが釣り合うような角度に適切に制御することができる。また、路面18が横方向に傾斜していても、車体を鉛直に保つことができる。さらに、旋回開始時及び終了時のように、横加速度の変化が大きいときであっても、制御に遅れが発生することがない。このため、車両10の安定性を高く保つことができ、乗員の違和感を低減し、快適性を向上させることができる。
【0114】
なお、本実施の形態においては、外乱演算部43が横加速度センサ44の一方の検出値及び合成横加速度aに基づいて、車体のロールレートωS を算出する例について説明したが、車体のロールレートωS はセンサによって直接検出することもできる。
【0115】
次に、車体のロールレートωS を直接検出するようにした変形例について説明する。
【0116】
図14は本発明の第1の実施の形態における車体傾斜制御システムの構成の変形例を示すブロック図である。
【0117】
変形例における車体傾斜制御システムでは、図に示されるように、傾斜制御ECU46にロールレートセンサ44cが接続されている。該ロールレートセンサ44cは、車体の傾斜運動の角速度、すなわち、車体のロールレートωS を検出する一般的なロールレートセンサであって、例えば、ジャイロセンサを、地面と垂直で、かつ、車両10の直進方向と垂直な面内での回転角速度を検出することができるように車体に取り付けたものである。前記ロールレートセンサ44cは、地面と垂直で、かつ、車両10の直進方向と垂直な面内であれば、車体の任意の位置に取り付けることができる。
【0118】
そして、外乱演算部43は、ロールレートセンサ44cが検出した車体のロールレートωS を取得する。したがって、図9に示される外乱演算処理におけるステップS21〜S25の動作を省略することができる。
【0119】
なお、その他の点の構成及び動作については、同様であるので、説明を省略する。
【0120】
次に、本発明の第2の実施の形態について説明する。なお、第1の実施の形態と同じ構造を有するものについては、同じ符号を付与することによってその説明を省略する。また、前記第1の実施の形態と同じ動作及び同じ効果についても、その説明を省略する。
【0121】
図15は本発明の第2の実施の形態における傾斜制御処理の動作を示すフローチャート、図16は本発明の第2の実施の形態におけるワインドダウン制御処理のサブルーチンを示すフローチャート、図17は本発明の第2の実施の形態における外乱加速度演算処理のサブルーチンを示すフローチャートである。
【0122】
車両10が小型であると、左右の車輪12L及び12Rが備えるタイヤの弾性変形、車体の各部の弾性変形、サスペンションを備える場合にはサスペンションのスプリングの弾性変形等が車体の傾斜制御に及ぼす影響が相対的に大きくなる。
【0123】
例えば、タイヤは、理論上、スプリングとダンパとを組み合わせたものと同じような振動特性を備えるので、サスペンションと同様に、共振点を有する。そして、車両10が小型である場合、前記共振点で車両10全体が揺すられると、振幅が大きくなるので、傾斜が大きくなって、安全性が損なわれる。特に、左右の車輪12L及び12Rの一方のみが段差を通過した場合や、車両10が突然の横風を受けた場合のように、インパルス状又はステップ状の大入力が車両10に加えられると、前記共振点で車両10全体が大きく揺すられ、車体の傾斜が非常に大きくなってしまうことがあり得る。
【0124】
このような弾性変形による傾斜制御への影響を除去するためには、例えば、横加速度、ロールレートの微分値等の加速度要素を利用することが考えられる。しかし、実際のセンサによる加速度要素の検出値は、振動的なので、フィードバック要素として利用すると、更に振動的となって、フィードバックゲインを大きくすることができず、制御の効果を発揮させることができない。また、フィードバックゲインを大きくするために、センサによる加速度要素の検出値にフィルタをかけると、遅れが大きくなるので、制御の効果を発揮させることができない。
【0125】
そこで、本実施の形態においては、タイヤやその他の部分の弾性変形を考慮した制御としての巻き戻し制御、すなわち、ワインドダウン制御を行う。
【0126】
該ワインドダウン制御では、一定以上の入力があった場合、タイヤやその他の部分の弾性変形開始を検知して素早く制御値の符号を反転するとともに、弾性変形終了を検知して制御値の符号を元に戻すようになっている。これにより、衝撃を吸収して車両10の共振を減少させることができるので、インパルス状又はステップ状の大入力が車両10に加えられた場合であっても、車体の傾斜が大きくなることを防止することができる。
【0127】
本実施の形態において、車両10の構成については、前記第1の実施の形態と同様であるので、その説明を省略し、旋回走行における車体傾斜制御処理の動作についてのみ説明する。
【0128】
車体傾斜制御システムが車体傾斜制御処理を開始すると、横加速度演算部48は横加速度演算処理を実行し、横加速度推定部49は横加速度推定処理を実行し、外乱演算部43は外乱演算処理を実行し、リンクモータ制御部42はリンクモータ制御処理を実行するが、本実施の形態における横加速度演算処理、横加速度推定処理、外乱演算処理及びリンクモータ制御処理の動作は、前記第1の実施の形態における横加速度演算処理、横加速度推定処理、外乱演算処理及びリンクモータ制御処理の動作、すなわち、図6〜10及び13のフローチャートに示される動作と同様であるので、その説明を省略する。
【0129】
また、傾斜制御部47は、傾斜制御処理を開始すると、まず、横加速度演算部48から合成横加速度aを受信する(ステップS61)。なお、該合成横加速度aを受信してから第6制御値UwPを算出するまでの動作、すなわち、図15に示されるステップS61〜S77までの動作は、前記第1の実施の形態において説明したステップS31〜S47と同様であるので、その説明を省略する。
【0130】
そして、第6制御値UwPを算出すると、傾斜制御部47は、ワインドダウン制御処理を実行する(ステップS78)。前述のように、ワインドダウン制御では、タイヤやその他の部分の弾性変形開始を検知して制御値の符号を反転するとともに、弾性変形終了を検知して制御値の符号を元に戻すようになっている。つまり、ワインドダウン制御では、弾性部材が外乱を受けて弾性変形を開始してからその弾性変形が終了するまでの期間だけワインドダウンを実行し、弾性部材がそれ自体の弾性によって復元を開始してから以降の期間ではワインドダウンを停止する。ワインドダウンを停止している、又は、実行しないときは、前記第1の実施の形態と同様の制御が行われる。
【0131】
例えば、左右の車輪12L及び12Rの一方のみが凹部を通過した際に凹部に落下する場合を例にとって説明すると、一方の車輪のタイヤは、宙に浮いた状態から落下して凹部の底面に接地する。そして、前記タイヤは、接地してから縮み、縮み終わると、膨らんで元の形状に復帰する。ワインドダウンは、タイヤが接地してから縮み終わるまでの期間だけ実行され、タイヤが接地するまでの期間、及び、タイヤが縮み終わってから以降の期間には実行されない。
【0132】
ワインドダウン制御処理において、傾斜制御部47は、まず、外乱分のロールレートωN を取得(ステップS78−1)し、外乱加速度演算処理を実行する(ステップS78−2)。なお、外乱分のロールレートωN は、ステップS75において外乱演算部43から受信したものである。
【0133】
そして、外乱加速度演算処理において、傾斜制御部47は、まず、ωN-1 呼出を行うとともに(ステップS78−2−1)、制御周期TS を取得する(ステップS78−2−2)。ωN-1 は、前回の車体傾斜制御処理実行時に保存された外乱分のロールレートωN の値である。なお、初期設定においては、ωN-1 =0とされている。
【0134】
続いて、傾斜制御部47は、外乱分のロールレートωN の微分値を算出して(ステップS78−2−3)、外乱加速度演算処理を終了する。ここで、ωN の微分値をΔωN とすると、該ΔωN は次の式(26)によって算出される。
ΔωN =(ωN −ωN-1 )/TS ・・・式(26)
続いて、傾斜制御部47は、フラグFに1がセットされているか否か、すなわち、F=1であるか否かを判断する(ステップS78−3)。なお、初期設定においては、フラグFにはゼロがセットされている、すなわち、F=0である。また、F=1は、前記例において、タイヤが接地してから縮み終わるまでの期間であることを示している。
【0135】
そして、F=1である場合、傾斜制御部47は、ΔωN ΔωN-1 <0であるか否かを判断する(ステップS78−4)。ΔωN は、外乱分のロールレートωN の微分値であって外乱分のロールレートωN の変化率、すなわち、外乱分のロールレートωN の変化を示す曲線の傾斜を示すものである。したがって、ΔωN ΔωN-1 <0であることは、前回の車体傾斜制御処理実行時における外乱分のロールレートωN を示す曲線の傾斜と、今回の車体傾斜制御処理実行時における外乱分のロールレートωN を示す曲線の傾斜とが異なること、すなわち、外乱分のロールレートωN を示す曲線上の変曲点を通過したことを意味する。
【0136】
そして、ΔωN ΔωN-1 <0である場合、傾斜制御部47は、フラグFにゼロをセットする、すなわち、F=0とする(ステップS78−5)。
【0137】
続いて、傾斜制御部47は、外乱分のロールレートωN の絶対値があらかじめ設定された所定の閾(しきい)値A1 より大きいか否か、すなわち、|ωN |>A1 であるか否かを判断する(ステップS78−6)。なお、ステップS78−3でF=1であるか否かを判断してF=1でない場合、及び、ステップS78−4でΔωN ΔωN-1 <0であるか否かを判断してΔωN ΔωN-1 <0でない場合には、そのまま、|ωN |>A1 であるか否かを判断する。
【0138】
ここで、A1 は、車体への入力が一定以上であるか否かを判断するために設定された閾値であり、外乱分のロールレートωN の絶対値がA1 より大きい場合には、一定以上の入力があったものと判断され、タイヤやその他の部分の弾性変形開始が検知され、制御値の符号が反転される。なお、A1 は0以上の値である。また、A1 は、ワインドダウンを実行しない場合に車両10が転倒しない最大の外乱分のロールレートωN の絶対値を基準とし、それよりも絶対値が小さくなるように設定される。
【0139】
したがって、|ωN |>A1 である場合、傾斜制御部47は、ΔωN ΔωN-1 <0であるか否かを判断する(ステップS78−7)。そして、ΔωN ΔωN-1 <0である場合、傾斜制御部47は、フラグFに1をセットする、すなわち、F=1とする(ステップS78−8)。
【0140】
続いて、傾斜制御部47は、ωN ωN-1 <0であるか否かを判断する(ステップS78−9)。なお、ステップS78−6で|ωN |>A1 であるか否かを判断して|ωN |>A1 でない場合、ステップS78−7でΔωN ΔωN-1 <0であるか否かを判断してΔωN ΔωN-1 <0でない場合、及び、ステップS78−4でΔωN ΔωN-1 <0であるか否かを判断してΔωN ΔωN-1 <0であった場合には、そのまま、ωN ωN-1 <0であるか否かを判断する。
【0141】
ここで、ωN ωN-1 <0であることは、前回の車体傾斜制御処理実行時における外乱分のロールレートωN の正負と、今回の車体傾斜制御処理実行時における外乱分のロールレートωN の正負とが異なること、すなわち、外乱分のロールレートωN を示す曲線がゼロを示す軸(X軸)を通過したこと(いわゆるゼロクロスしたこと)を意味する。
【0142】
そして、ωN ωN-1 <0である場合、傾斜制御部47は、フラグFにゼロをセットする、すなわち、F=0とする(ステップS78−10)。
【0143】
続いて、傾斜制御部47は、フラグFに1がセットされているか否か、すなわち、F=1であるか否かを判断する(ステップS78−11)。なお、ステップS78−9でωN ωN-1 <0であるか否かを判断してωN ωN-1 <0でない場合には、そのまま、F=1であるか否かを判断する。
【0144】
そして、傾斜制御部47は、F=1でない場合にはワインドダウン制御用ゲインGwSを1とし(ステップS78−12)、F=1である場合にはワインドダウン制御用ゲインGwSを−1とする(ステップS78−13)。
【0145】
続いて、傾斜制御部47は、第7制御値Uを算出する(ステップS78−14)。該第7制御値Uは、第5制御値Uと、第6制御値UwPにワインドダウン制御用ゲインGwSを乗じた値との合計であり、次の式(27)によって算出される。
U=U+UwPGwS ・・・式(27)
最後に、傾斜制御部47は、ωN-1 =ωN として保存し、かつ、ΔωN-1 =ΔωN として保存し(ステップS78−15)、ワインドダウン制御処理を終了する。つまり、今回の車体傾斜制御処理実行時のωN 及びΔωN の値をωN-1 及びΔωN-1 として、記憶手段に保存する。
【0146】
すると、傾斜制御部47は、第7制御値Uを速度指令値としてリンクモータ制御部42へ出力して(ステップS79)、処理を終了する。
【0147】
なお、ワインドダウン制御処理におけるステップS78−6の動作は、ワインドダウンを実行すべき入力であるか否かを判断することに相当する。|ωN |>A1 であることは、ワインドダウンを実行すべき入力であることに相当する。
【0148】
そして、ステップS78−7の動作は、前記タイヤの例に則して説明すると、宙に浮いているタイヤが接地したか否かを判断することに相当する。ΔωN ΔωN-1 <0であることは、タイヤが接地して外乱分のロールレートωN を示す曲線の傾斜が変化したことに相当するので、ワインドダウンを実行するためにステップS78−8でF=1とする。
【0149】
また、ステップS78−9の動作は、前記タイヤの例に則して説明すると、接地しているタイヤが縮み終わったか否かを判断することに相当する。ωN ωN-1 <0であることは、タイヤが縮み終わって外乱分のロールレートωN を示す曲線がゼロクロスしたことに相当するので、ワインドダウンを停止するためにステップS78−10でF=0とする。
【0150】
タイヤが接地してから縮み終わるまでは、F=1なのでGwS=−1であるから、前記式(27)によって、第7制御値Uは次の式(28)で表される。
U=U−UwP ・・・式(28)
該式(28)を前記式(23)で表される第1の実施の形態における第7制御値Uと比較すると、UwPの2倍だけ小さいことが分かる。これにより、タイヤが接地してから縮み終わるまでは、ワインドダウンを実行することによって、傾斜制御における制御ゲインを巻き戻して小さくしていることが分かる。
【0151】
一方、タイヤが接地するまでの期間、及び、タイヤが縮み終わった後の期間では、F=0なのでGwS=1であるから、前記式(27)によって、第7制御値Uは次の式(29)で表される。
U=U+UwP ・・・式(29)
該式(29)は前記式(23)と同一である。これにより、タイヤが接地するまでの期間、及び、タイヤが縮み終わった後の期間では、ワインドダウンを実行せず、前記第1の実施の形態と同様の制御を行うことが分かる。
【0152】
また、ステップS78−3及びS78−4の動作は、前記タイヤの例に則して説明すると、タイヤが縮み終わらないうちに、車輪12が別の凹部に落下して、再びタイヤが宙に浮いた状態になったか否かを判断することに相当する。ΔωN ΔωN-1 <0であることは、タイヤが再び宙に浮いて外乱分のロールレートωN を示す曲線の傾斜が変化したことに相当するので、ワインドダウンを停止するためにステップS78−5でF=0とする。
【0153】
このように、本実施の形態においては、外乱による部材の弾性変形に応じて、外乱による変化分に対応する制御値を変化させる。好ましくは、外乱による部材の弾性変形が開始されてから終了するまでの期間、車体の傾斜を制御するための制御ゲインを巻き戻すように、外乱による変化分に対応する制御値を変化させる。
【0154】
具体的には、タイヤやその他の部分の弾性変形を考慮したワインドダウン制御を行い、一定以上の入力があった場合、タイヤやその他の部分が弾性変形を開始してから終了するまでの期間だけワインドダウンを実行し、傾斜制御における制御ゲインを巻き戻して小さくするようになっている。なお、前記弾性変形は、タイヤやその他の部分の前記入力を受けることによる一方向への変形であって、タイヤやその他の部分のそれ自体の弾性による反対方向への変形(いわゆるバウンスバック)は含まない。つまり、ワインドダウンは、タイヤやその他の部分が前記入力を受けて変形を開始してからバウンスバックを開始するまでの期間だけ実行される。
【0155】
これにより、タイヤやその他の部分の弾性変形による傾斜制御への影響を除去することができ、傾斜方向への大きな外乱を受けたときであっても、共振が発生することなく、車体の傾斜角度を適切に制御することができ、安定した走行状態を得ることができる。
【0156】
なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々変形させることが可能であり、それらを本発明の範囲から排除するものではない。
【産業上の利用可能性】
【0157】
本発明は、少なくとも左右一対の車輪を有する車両に利用することができる。
【符号の説明】
【0158】
10 車両
11 搭乗部
12F、12L、12R 車輪
20 本体部
25 リンクモータ
44 横加速度センサ
44a 第1横加速度センサ
44b 第2横加速度センサ
53 操舵角センサ
54 車速センサ
【技術分野】
【0001】
本発明は、少なくとも左右一対の車輪を有する車両に関するものである。
【背景技術】
【0002】
近年、エネルギ資源の枯渇問題に鑑み、車両の省燃費化が強く要求されている。その一方で、車両の低価格化等から、車両の保有者が増大し、1人が1台の車両を保有する傾向にある。そのため、例えば、4人乗りの車両を運転者1人のみが運転することで、エネルギが無駄に消費されるという問題点があった。車両の小型化による省燃費化としては、車両を1人乗りの三輪車又は四輪車として構成する形態が最も効率的であるといえる。
【0003】
しかし、走行状態によっては、車両の安定性が低下してしまうことがある。そこで、車体を横方向に傾斜させることによって、旋回時の車両の安定性を向上させる技術が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開2008−155671号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、前記従来の車両においては、旋回性能を向上させるために、車体を旋回方向内側に傾斜させることができるようになっているが、路面の段差、横風等によって横方向の大きな外乱を受けると、車体の傾斜制御を適切に行うことができず、車両が不安定となり、乗員が不快に感じたり、不安を抱いたりしてしまうことがある。
【0006】
本発明は、前記従来の車両の問題点を解決して、傾斜方向への外乱を受けたときには、車体の傾斜角度の変化のうちの外乱による変化分を抽出し、外乱による変化分に応じた制御値を加えて車体の傾斜角度を制御することによって、旋回性能を向上させることができるとともに、傾斜方向への外乱を受けたときにも、安定した走行状態を実現することができる安全性の高い車両を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
そのために、本発明の車両においては、互いに連結された操舵(だ)部及び駆動部を備える車体と、前記操舵部に回転可能に取り付けられた車輪であって、前記車体を操舵する操舵輪と、前記駆動部に回転可能に取り付けられた車輪であって、前記車体を駆動する駆動輪と、前記操舵部又は駆動部を旋回方向に傾斜させる傾斜用アクチュエータ装置と、前記車体に作用する横加速度を検出する横加速度センサと、前記傾斜用アクチュエータ装置を制御して前記車体の傾斜を制御する制御装置とを有し、該制御装置は、前記車体の傾斜方向への外乱を受けたとき、車体の傾斜角度の変化のうちの外乱による変化分を抽出し、抽出した外乱による変化分に対応する制御値を加えて、前記車体の傾斜を制御する。
【発明の効果】
【0008】
請求項1の構成によれば、傾斜方向への外乱を受けたときにも、車体の傾斜角度を適切に制御することができ、乗員が不安を感じることがなく、乗り心地がよく、安定した走行状態を実現することができる。
【0009】
請求項2の構成によれば、外乱が小さいときや外乱がないときには過大な制御ゲインに起因する制御の安定性の低下を適切に防止することができるとともに、大きな又は急激な外乱を受けたときには外乱の影響を抑制して車体の傾斜角度を適切に制御することができる。
【0010】
請求項3の構成によれば、遠心力と重力とが釣り合うような角度となるように車体の傾斜角度を制御することができ、かつ、横加速度の変化が大きいときであっても、制御に遅れが生じることがない。
【0011】
請求項4及び5の構成によれば、部材の弾性変形による傾斜制御への影響を除去することができ、傾斜方向への大きな外乱を受けたときであっても、共振が発生することなく、車体の傾斜角度を適切に制御することができ、車体の安定を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1】本発明の第1の実施の形態における車両の構成を示す右側面図である。
【図2】本発明の第1の実施の形態における車両のリンク機構の構成を示す図である。
【図3】本発明の第1の実施の形態における車両の構成を示す背面図である。
【図4】本発明の第1の実施の形態における車体傾斜制御システムの構成を示すブロック図である。
【図5】本発明の第1の実施の形態における旋回走行時の車体の傾斜動作を説明する力学モデルを示す図である。
【図6】本発明の第1の実施の形態における横加速度演算処理の動作を示すフローチャートである。
【図7】本発明の第1の実施の形態における横加速度推定処理の動作を示すフローチャートである。
【図8】本発明の第1の実施の形態におけるフィルタ処理のサブルーチンを示すフローチャートである。
【図9】本発明の第1の実施の形態における外乱演算処理の動作を示すフローチャートである。
【図10】本発明の第1の実施の形態におけるリンク角速度算出処理のサブルーチンを示すフローチャートである。
【図11】本発明の第1の実施の形態におけるゲインの例を示す図である。
【図12】本発明の第1の実施の形態における傾斜制御処理の動作を示すフローチャートである。
【図13】本発明の第1の実施の形態におけるリンクモータ制御処理の動作を示すフローチャートである。
【図14】本発明の第1の実施の形態における車体傾斜制御システムの構成の変形例を示すブロック図である。
【図15】本発明の第2の実施の形態における傾斜制御処理の動作を示すフローチャートである。
【図16】本発明の第2の実施の形態におけるワインドダウン制御処理のサブルーチンを示すフローチャートである。
【図17】本発明の第2の実施の形態における外乱加速度演算処理のサブルーチンを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【0014】
図1は本発明の第1の実施の形態における車両の構成を示す右側面図、図2は本発明の第1の実施の形態における車両のリンク機構の構成を示す図、図3は本発明の第1の実施の形態における車両の構成を示す背面図である。なお、図3において、(a)は車体が直立している状態を示す図、(b)は車体が傾斜している状態を示す図である。
【0015】
図において、10は、本実施の形態における車両であり、車体の駆動部としての本体部20と、乗員が搭乗して操舵する操舵部としての搭乗部11と、車体の前方において幅方向の中心に配設された前輪である操舵輪としての車輪12Fと、後輪として後方に配設された駆動輪である左側の車輪12L及び右側の車輪12Rとを有する。さらに、前記車両10は、車体を左右に傾斜させる、すなわち、リーンさせるためのリーン機構、すなわち、車体傾斜機構として、左右の車輪12L及び12Rを支持するリンク機構30と、該リンク機構30を作動させるアクチュエータである傾斜用アクチュエータ装置としてのリンクモータ25とを有する。なお、前記車両10は、前輪が左右二輪であって後輪が一輪の三輪車であってもよいし、前輪及び後輪が左右二輪の四輪車であってもよいが、本実施の形態においては、図に示されるように、前輪が一輪であって後輪が左右二輪の三輪車である場合について説明する。
【0016】
旋回時には、左右の車輪12L及び12Rの路面18に対する角度、すなわち、キャンバ角を変化させるとともに、搭乗部11及び本体部20を含む車体を旋回内輪側へ傾斜させることによって、旋回性能の向上と乗員の快適性の確保とを図ることができるようになっている。すなわち、前記車両10は車体を横方向(左右方向)にも傾斜させることができる。なお、図2及び3(a)に示される例においては、左右の車輪12L及び12Rは路面18に対して直立している、すなわち、キャンバ角が0度になっている。また、図3(b)に示される例においては、左右の車輪12L及び12Rは路面18に対して右方向に傾斜している、すなわち、キャンバ角が付与されている。
【0017】
前記リンク機構30は、左側の車輪12L及び該車輪12Lに駆動力を付与する電気モータ等から成る左側の回転駆動装置51Lを支持する左側の縦リンクユニット33Lと、右側の車輪12R及び該車輪12Rに駆動力を付与する電気モータ等から成る右側の回転駆動装置51Rを支持する右側の縦リンクユニット33Rと、左右の縦リンクユニット33L及び33Rの上端同士を連結する上側の横リンクユニット31Uと、左右の縦リンクユニット33L及び33Rの下端同士を連結する下側の横リンクユニット31Dと、本体部20に上端が固定され、上下に延在する中央縦部材21とを有する。また、左右の縦リンクユニット33L及び33Rと上下の横リンクユニット31U及び31Dとは回転可能に連結されている。さらに、上下の横リンクユニット31U及び31Dは、その中央部で中央縦部材21と回転可能に連結されている。なお、左右の車輪12L及び12R、左右の回転駆動装置51L及び51R、左右の縦リンクユニット33L及び33R、並びに、上下の横リンクユニット31U及び31Dを統合的に説明する場合には、車輪12、回転駆動装置51、縦リンクユニット33及び横リンクユニット31として説明する。
【0018】
そして、駆動用アクチュエータ装置としての前記回転駆動装置51は、いわゆるインホイールモータであって、固定子としてのボディが縦リンクユニット33に固定され、前記ボディに回転可能に取り付けられた回転子としての回転軸が車輪12の軸に接続され、前記回転軸の回転によって車輪12を回転させる。なお、前記回転駆動装置51は、インホイールモータ以外の種類のモータであってもよい。
【0019】
また、前記リンクモータ25は、電気モータ等を含む回転式の電動アクチュエータであって、固定子としての円筒状のボディと、該ボディに回転可能に取り付けられた回転子としての回転軸とを備えるものであり、前記ボディが取付フランジ22を介して本体部20に固定され、前記回転軸がリンク機構30の上側の横リンクユニット31Uに固定されている。なお、リンクモータ25の回転軸は、本体部20を傾斜させる傾斜軸として機能し、中央縦部材21と上側の横リンクユニット31Uとの連結部分の回転軸と同軸になっている。そして、リンクモータ25を駆動して回転軸をボディに対して回転させると、本体部20及び該本体部20に固定された中央縦部材21に対して上側の横リンクユニット31Uが回動し、リンク機構30が作動する、すなわち、屈伸する。これにより、本体部20を傾斜させることができる。なお、リンクモータ25は、その回転軸が本体部20及び中央縦部材21に固定され、そのボディが上側の横リンクユニット31Uに固定されていてもよい。
【0020】
また、リンクモータ25は、リンク機構30のリンク角の変化を検出するリンク角センサ25aを備える。該リンク角センサ25aは、リンクモータ25においてボディに対する回転軸の回転角を検出する回転角センサであって、例えば、レゾルバ、エンコーダ等から成る。前述のように、リンクモータ25を駆動して回転軸をボディに対して回転させると、本体部20及び該本体部20に固定された中央縦部材21に対して上側の横リンクユニット31Uが回動するのであるから、ボディに対する回転軸の回転角を検出することによって、中央縦部材21に対する上側の横リンクユニット31Uの角度の変化、すなわち、リンク角の変化を検出することができる。
【0021】
なお、リンクモータ25は、回転軸をボディに対して回転不能に固定する図示されないロック機構を備える。該ロック機構は、メカニカルな機構であって、回転軸をボディに対して回転不能に固定している間には電力を消費しないものであることが望ましい。前記ロック機構によって、回転軸をボディに対して所定の角度で回転不能に固定することができる。
【0022】
前記搭乗部11は、本体部20の前端に図示されない連結部を介して連結される。該連結部は、搭乗部11と本体部20とを所定の方向に相対的に変位可能に連結する機能を有していてもよい。
【0023】
また、前記搭乗部11は、座席11a、フットレスト11b及び風よけ部11cを備える。前記座席11aは、車両10の走行中に乗員が着座するための部位である。また、前記フットレスト11bは、乗員の足部を支持するための部位であり、座席11aの前方側(図1における右側)下方に配設される。
【0024】
さらに、搭乗部11の後方若しくは下方又は本体部20には、図示されないバッテリ装置が配設されている。該バッテリ装置は、回転駆動装置51及びリンクモータ25のエネルギ供給源である。また、搭乗部11の後方若しくは下方又は本体部20には、図示されない制御装置、インバータ装置、各種センサ等が収納されている。
【0025】
そして、座席11aの前方には、操縦装置41が配設されている。該操縦装置41には、操舵装置としてのハンドルバー41a、速度メータ等のメータ、インジケータ、スイッチ等の操縦に必要な部材が配設されている。乗員は、前記ハンドルバー41a及びその他の部材を操作して、車両10の走行状態(例えば、進行方向、走行速度、旋回方向、旋回半径等)を指示する。なお、乗員が要求する車体の要求旋回量を出力するための手段である操舵装置として、ハンドルバー41aに代えて他の装置、例えば、ステアリングホイール、ジョグダイヤル、タッチパネル、押しボタン等の装置を操舵装置として使用することもできる。
【0026】
また、前記操縦装置41は、要求旋回量を検出する要求旋回量検出手段としての操舵角センサ53を備える。該操舵角センサ53は、ハンドルバー41aと前輪フォーク17の上端とを接続する図示されない操舵軸部材の、搭乗部11が備えるフレーム部材に対する回転角度、すなわち、操舵角の変化を検出するセンサであり、例えば、エンコーダ等から成る。そして、前記操舵角センサ53によって、ハンドルバー41aの操舵量、すなわち、要求旋回量としての操舵装置の操舵量を検出することができる。
【0027】
なお、車輪12Fは、サスペンション装置(懸架装置)の一部である前輪フォーク17を介して搭乗部11に接続されている。前記サスペンション装置は、例えば、一般的なオートバイ、自転車等において使用されている前輪用のサスペンション装置と同様の装置であり、前記前輪フォーク17は、例えば、スプリングを内蔵したテレスコピックタイプのフォークである。そして、一般的なオートバイ、自転車等の場合と同様に、乗員によるハンドルバー41aの操作に応じて操舵輪としての車輪12Fは舵角を変化させ、これにより、車両10の進行方向が変化する。
【0028】
具体的には、前記ハンドルバー41aは、図示されない操舵軸部材の上端に接続され、操舵軸部材の下端には前輪フォーク17の上端が接続されている。前記操舵軸部材は、上端が下端よりも後方に位置するように斜めに傾斜した状態で、搭乗部11が備える図示されないフレーム部材に、回転可能に取り付けられている。また、前輪である車輪12Fの車軸と後輪である左右の車輪12L及び12Rの車軸との距離、すなわち、ホイールベースはLH である。
【0029】
さらに、車輪12Fの車軸を支持する前輪フォーク17の下端には、車両10の走行速度である車速を検出する車速検出手段としての車速センサ54が配設されている。該車速センサ54は、車輪12Fの回転速度に基づいて車速を検出するセンサであり、例えば、エンコーダ等から成る。
【0030】
本実施の形態において、車両10は横加速度センサ44を有する。該横加速度センサ44は、一般的な加速度センサ、ジャイロセンサ等から成るセンサであって、車両10の横加速度、すなわち、車体の幅方向としての横方向(図3における左右方向)の加速度を検出する。
【0031】
車両10は、旋回時に車体を旋回内側に傾斜させて安定させるので、車体を傾斜させることによって、旋回時の旋回外側への遠心力と重力とが釣り合うような角度になるように制御される。このような制御を行うことによって、例えば、路面18が進行方向と垂直な方向(進行方向に対する左右方向)に傾斜していたとしても、常に車体を水平に保つことが可能になる。これにより、車体及び乗員には、見かけ上、常に重力が鉛直下向きにかかっていることになり、違和感が低減され、また、車両10の安定性が向上する。
【0032】
そこで、本実施の形態においては、傾斜する車体の横方向の加速度を検出するために、横加速度センサ44を車体に取り付け、横加速度センサ44の出力がゼロとなるようにフィードバック制御を行う。これにより、旋回時に作用する遠心力と重力とが釣り合う傾斜角まで、車体を傾斜させることができる。また、進行方向と垂直な方向に路面18が傾斜している場合でも、車体が鉛直になる傾斜角となるように制御することができる。なお、前記横加速度センサ44は、車体の幅方向の中心、すなわち、車体の縦方向軸線上に位置するように配設されている。
【0033】
しかし、横加速度センサ44が1つであると、不要加速度成分をも検出してしまうことがある。例えば、車両10の走行中、路面18の窪(くぼ)みに左右の車輪12L及び12Rのいずれか一方のみが落下する場合があり得る。この場合、車体が傾斜するので、横加速度センサ44は、周方向に変位し、周方向の加速度を検出することになる。つまり、遠心力や重力に直接由来しない加速度成分、すなわち、不要加速度成分が検出されてしまう。
【0034】
また、車両10は、例えば、車輪12L及び12Rのタイヤ部分のように弾性を備え、ばねとして機能する部分を含み、また、各部材の接続部等に不可避的なガタが含まれる。そのため、横加速度センサ44は、不可避的なガタやばねを介して車体に取り付けられていると考えられるので、ガタやばねの変位によって生じる加速度をも不要加速度成分として検出してしまう。
【0035】
このような不要加速度成分は、車体傾斜制御システムの制御性を悪化させる可能性がある。例えば、車体傾斜制御システムの制御ゲインを大きくすると、不要加速度成分に起因する制御系の振動、発散等が発生するので、応答性を向上させようとしても制御ゲインを大きくすることができなくなってしまう。
【0036】
そこで、本実施の形態においては、横加速度センサ44が複数であって、互いに異なる高さに配設されている。図1及び3に示される例において、横加速度センサ44は、第1横加速度センサ44a及び第2横加速度センサ44bの2つであって、第1横加速度センサ44aと第2横加速度センサ44bとは互いに異なる高さ位置に配設されている。第1横加速度センサ44a及び第2横加速度センサ44bの位置を適切に選択することで、効果的に不要加速度成分を取り除くことができる。
【0037】
具体的には、図3(a)に示されるように、第1横加速度センサ44aは、搭乗部11の背面において、路面18からの距離、すなわち、高さがL1 の位置に配設されている。また、第2横加速度センサ44bは、搭乗部11の背面又は本体部20の上面において、路面18からの距離、すなわち、高さがL2 の位置に配設されている。なお、L1 >L2 である。そして、旋回走行時に、図3(b)に示されるように、車体を旋回内側(図において右側)に傾けた状態で旋回すると、第1横加速度センサ44aは、横方向の加速度を検出して検出値a1 を出力し、第2横加速度センサ44bは、横方向の加速度を検出して検出値a2 を出力する。なお、車体が傾く際の傾斜運動の中心、すなわち、ロール中心は、厳密には路面18よりわずかに下方に位置するが、実際上は、概略路面18と等しい位置であると考えられる。
【0038】
前記第1横加速度センサ44a及び第2横加速度センサ44bは、ともに、十分に剛性の高い部材に取り付けられることが望ましい。また、L1 とL2 との差は、小さいと検出値a1 及びa2 の差が小さくなるので、十分に大きいこと、例えば、0.3〔m〕以上、とすることが望ましい。さらに、前記第1横加速度センサ44a及び第2横加速度センサ44bは、ともに、リンク機構30よりも上方に配設されることが望ましい。さらに、車体がサスペンション等のばねで支持されている場合、前記第1横加速度センサ44a及び第2横加速度センサ44bは、ともに、いわゆる「ばね上」に配設されることが望ましい。さらに、前記第1横加速度センサ44a及び第2横加速度センサ44bは、ともに、前輪である車輪12Fの車軸と後輪である車輪12L及び12Rの車軸との間に配設されることが望ましい。さらに、前記第1横加速度センサ44a及び第2横加速度センサ44bは、ともに、可能な限り乗員の近くに配設されることが望ましい。さらに、前記第1横加速度センサ44a及び第2横加速度センサ44bは、ともに、上側から観て進行方向に延在する車両中心軸上に位置すること、すなわち、進行方向に関してオフセットされないことが望ましい。
【0039】
また、本実施の形態における車両10は、制御装置の一部としての車体傾斜制御システムを有する。該車体傾斜制御システムは、一種のコンピュータシステムであり、ECU(Electronic Control Unit)等から成る傾斜制御装置を備える。該傾斜制御装置は、プロセッサ等の演算手段、磁気ディスク、半導体メモリ等の記憶手段、入出力インターフェイス等を備え、リンク角センサ25a、横加速度センサ44、操舵角センサ53、車速センサ54及びリンクモータ25に接続されている。そして、前記傾斜制御装置は、リンクモータ25を作動させるためのトルク指令値を出力する。
【0040】
前記傾斜制御装置は、旋回走行の際には、フィードバック制御及びフィードフォワード制御を行い、車体の傾斜角度が、横加速度センサ44が検出する横加速度の値がゼロとなるような角度になるように、リンクモータ25を作動させる。つまり、旋回外側への遠心力と重力とが釣り合って、横方向の加速度成分がゼロとなるような角度になるように、車体の傾斜角度を制御する。これにより、車体及び搭乗部11に搭乗している乗員には、車体の縦方向軸線と平行な方向の力が作用することとなる。したがって、車体の安定を維持することができ、また、旋回性能を向上させることができる。
【0041】
また、傾斜方向への外乱を受けたときには、車体の傾斜角度の変化のうちの外乱による部分を抽出し、残余の部分に対しては通常モードで車体の傾斜角度を制御するとともに、抽出した部分に対しては外乱対応モードで車体の傾斜角度を制御する。したがって、外乱を受けたときでも、車体の安定を維持することができる。また、乗員が違和感を感じることがなく、乗り心地が向上する。
【0042】
次に、前記車体傾斜制御システムの構成について説明する。
【0043】
図4は本発明の第1の実施の形態における車体傾斜制御システムの構成を示すブロック図である。
【0044】
図において、46は傾斜制御装置としての傾斜制御ECUであり、リンク角センサ25a、第1横加速度センサ44a、第2横加速度センサ44b、操舵角センサ53、車速センサ54及びリンクモータ25に接続されている。また、前記傾斜制御ECU46は、横加速度演算部48、横加速度推定部49、外乱演算部43、傾斜制御部47及びリンクモータ制御部42を備える。
【0045】
ここで、前記横加速度演算部48は、第1横加速度センサ44a及び第2横加速度センサ44bが検出した横加速度に基づいて合成横加速度を算出する。また、前記横加速度推定部49は、操舵角センサ53が検出した操舵角、及び、車速センサ54が検出した車速に基づいて車体に作用する横加速度予測値を算出する。さらに、前記外乱演算部43は、第1横加速度センサ44aが検出した横加速度、及び、リンク角センサ25aが検出したリンク角に基づいて外乱分のロールレートを算出する。
【0046】
そして、前記傾斜制御部47は、横加速度演算部48が算出した合成横加速度、横加速度推定部49が算出した横加速度予測値、及び、外乱演算部43が算出した外乱分のロールレートに基づいて制御値としての速度指令値を演算して出力する。また、前記リンクモータ制御部42は、傾斜制御部47が出力した速度指令値に基づいてリンクモータ25を作動させるための制御値としてのトルク指令値を出力する。
【0047】
次に、前記構成の車両10の動作について説明する。まず、旋回走行における車体傾斜制御処理の動作の一部である横加速度演算処理の動作について説明する。
【0048】
図5は本発明の第1の実施の形態における旋回走行時の車体の傾斜動作を説明する力学モデルを示す図、図6は本発明の第1の実施の形態における横加速度演算処理の動作を示すフローチャートである。
【0049】
旋回走行が開始されると、車体傾斜制御システムは車体傾斜制御処理を開始する。姿勢制御が行われることで、車両10は、リンク機構30によって、旋回走行時には、図3(b)に示されるように、車体を旋回内側(図において右側)に傾けた状態で旋回する。また、旋回走行時には、旋回外側への遠心力が車体に作用するとともに、車体を旋回内側に傾けたことによって重力の横方向成分が発生する。そして、横加速度演算部48は、横加速度演算処理を実行し、合成横加速度aを算出して傾斜制御部47に出力する。すると、該傾斜制御部47は、フィードバック制御を行い、合成横加速度aの値がゼロとなるような制御値としての速度指令値を出力する。そして、リンクモータ制御部42は、傾斜制御部47が出力した速度指令値に基づいてトルク指令値をリンクモータ25に出力する。
【0050】
なお、車体傾斜制御処理は、車両10の電源が投入されている間、車体傾斜制御システムによって繰り返し所定の制御周期TS (例えば、5〔ms〕)で実行される処理であり、旋回時において、旋回性能の向上と乗員の快適性の確保とを図る処理である。
【0051】
なお、図5において、44Aは車体において第1横加速度センサ44aの配設された位置を示す第1センサ位置であり、44Bは車体において第2横加速度センサ44bの配設された位置を示す第2センサ位置である。
【0052】
第1横加速度センサ44a及び第2横加速度センサ44bが検出してその検出値を出力する加速度は、〈1〉旋回時に車体に作用する遠心力、〈2〉車体を旋回内側に傾けたことによって発生する重力の横方向成分、〈3〉左右の車輪12L及び12Rのいずれか一方のみが路面18の窪みに落下することによる車体の傾斜、ガタやばねの変位等により第1横加速度センサ44a及び第2横加速度センサ44bが周方向に変位することによって生じる加速度、並びに、〈4〉リンクモータ25の作動又はその反作用により第1横加速度センサ44a及び第2横加速度センサ44bが周方向に変位することによって生じる加速度、の4つであると考えられる。これら4つの加速度のうち、前記〈1〉及び〈2〉は、第1横加速度センサ44a及び第2横加速度センサ44bの高さ、すなわち、L1 及びL2 と無関係である。一方、前記〈3〉及び〈4〉は、周方向に変位することによって生じる加速度であるから、ロール中心からの距離に比例する、すなわち、概略L1 及びL2 に比例する。
【0053】
ここで、第1横加速度センサ44a及び第2横加速度センサ44bが検出してその検出値を出力する〈3〉の加速度をaX1及びaX2とし、第1横加速度センサ44a及び第2横加速度センサ44bが検出してその検出値を出力する〈4〉の加速度をaM1及びaM2とする。また、第1横加速度センサ44a及び第2横加速度センサ44bが検出してその検出値を出力する〈1〉の加速度をaT とし、第1横加速度センサ44a及び第2横加速度センサ44bが検出してその検出値を出力する〈2〉の加速度をaG とする。なお、前記〈1〉及び〈2〉は、第1横加速度センサ44a及び第2横加速度センサ44bの高さに無関係なので、第1横加速度センサ44a及び第2横加速度センサ44bの検出値は等しい。
【0054】
そして、左右の車輪12L及び12Rのいずれか一方のみが路面18の窪みに落下することによる車体の傾斜、ガタやばねの変位等による周方向の変位の角速度をωR とし、その角加速度をωR ’とする。また、リンクモータ25の作動又はその反作用による周方向の変位の角速度をωM とし、その角加速度をωM ’とする。なお、角速度ωM 又は角加速度ωM ’は、リンク角センサ25aの検出値から取得することができる。
【0055】
すると、aX1=L1 ωR ’、aX2=L2 ωR ’、aM1=L1 ωM ’、aM2=L2 ωM ’となる。
【0056】
また、第1横加速度センサ44a及び第2横加速度センサ44bが検出して出力する加速度の検出値をa1 及びa2 とすると、a1 及びa2 は、4つの加速度〈1〉〜〈4〉の合計であるから、次の式(1)及び(2)で表される。
a1 =aT +aG +L1 ωR ’+L1 ωM ’ ・・・式(1)
a2 =aT +aG +L2 ωR ’+L2 ωM ’ ・・・式(2)
そして、式(1)から式(2)を減算すると、次の式(3)を得ることができる。
a1 −a2 =(L1 −L2 )ωR ’+(L1 −L2 )ωM ’ ・・・式(3)
ここで、L1 及びL2 の値は、第1横加速度センサ44a及び第2横加速度センサ44bの高さであるから既知である。また、ωM ’の値は、リンクモータ25の角速度ωM の微分値であるから既知である。すると、前記式(3)の右辺においては、第1項のωR ’の値のみが未知であり、他の値はすべて既知である。したがって、第1横加速度センサ44a及び第2横加速度センサ44bの検出値a1 及びa2 から、ωR ’の値を得ることが可能である。つまり、第1横加速度センサ44a及び第2横加速度センサ44bの検出値a1 及びa2 に基づいて、不要加速度成分を取り除くことができる。
【0057】
車体傾斜制御システムが車体傾斜制御処理を開始すると、横加速度演算部48は、横加速度演算処理を開始し、まず、第1横加速度センサ値a1 を取得するとともに(ステップS1)、第2横加速度センサ値a2 を取得する(ステップS2)。そして、横加速度演算部48は、加速度差Δaを算出する(ステップS3)。該Δaは次の式(4)によって表される。
Δa=a1 −a2 ・・・式(4)
続いて、横加速度演算部48は、ΔL呼出を行うとともに(ステップS4)、L2 呼出を行う(ステップS5)。前記ΔLは次の式(5)によって表される。
ΔL=L1 −L2 ・・・式(5)
続いて、横加速度演算部48は、合成横加速度aを算出する(ステップS6)。なお、合成横加速度aは、横加速度センサ44が1つである場合における横加速度センサ値aに相当する値であって、第1横加速度センサ値a1 と第2横加速度センサ値a2 とを合成した値であり、次の式(6)及び(7)によって得られる。
a=a2 −(L2 /ΔL)Δa ・・・式(6)
a=a1 −(L1 /ΔL)Δa ・・・式(7)
理論上は、式(6)によっても式(7)によっても、同じ値を得ることができるが、周方向の変位によって生じる加速度はロール中心からの距離に比例するので、実際上は、ロール中心により近い方の横加速度センサ44、すなわち、第2横加速度センサ44bの検出値であるa2 を基準にすることが望ましい。そこで、本実施の形態においては、式(6)によって合成横加速度aを算出することとする。
【0058】
最後に、横加速度演算部48は、傾斜制御部47へ合成横加速度aを送出して(ステップS7)、横加速度演算処理を終了する。
【0059】
このように、本実施の形態においては、第1横加速度センサ44aと第2横加速度センサ44bとを互いに異なる高さ位置に配設し、第1横加速度センサ値a1 と第2横加速度センサ値a2 とを合成した合成横加速度aを算出し、該合成横加速度aの値がゼロとなるように、フィードバック制御を行って車体の傾斜角度を制御する。
【0060】
これにより、不要加速度成分を取り除くことができるので、路面状況の影響を受けることがなく、制御系の振動、発散等の発生を防止することができ、車体傾斜制御システムの制御ゲインを大きくして制御の応答性を向上させることができる。
【0061】
なお、本実施の形態においては、横加速度センサ44が2つである場合について説明したが、横加速度センサ44は、複数であって互いに異なる高さに配設されていれば、3つ以上であってもよく、いくつであってもよい。
【0062】
次に、旋回走行における横加速度を推定する横加速度推定処理の動作について説明する。
【0063】
図7は本発明の第1の実施の形態における横加速度推定処理の動作を示すフローチャート、図8は本発明の第1の実施の形態におけるフィルタ処理のサブルーチンを示すフローチャートである。
【0064】
車体傾斜制御システムが車体傾斜制御処理を開始すると、横加速度推定部49は横加速度推定処理を開始する。横加速度推定部49は、まず、操舵角センサ53が検出した操舵角の値である操舵角センサ値θを取得するとともに(ステップS11)、車速センサ54が検出した車速の値である車速センサ値νを取得する(ステップS12)。
【0065】
そして、横加速度推定部49は、θに対してフィルタ処理を実行し(ステップS13)、Ψ(t)を算出する。Ψ(t)は、速度によるカットオフ周波数可変ローパスフィルタによってフィルタ処理された操舵角である。
【0066】
フィルタ処理において、横加速度推定部49は、まず、制御周期TS を取得する(ステップS13−1)。
【0067】
続いて、横加速度推定部49は、カットオフ周波数w(ν)を算出する(ステップS13−2)。該w(ν)は、速度別のカットオフ周波数であり、入力が車速νであって出力がカットオフ周波数となる関数である。例えば、車速に反比例する関数であるが、いかなる関数であってもよい。なお、入力である車速νと出力であるカットオフ周波数との関係を示すテーブルをあらかじめ作成し、該テーブルを参照することによって、演算を行うことなく、カットオフ周波数w(ν)を取得することもできる。
【0068】
続いて、横加速度推定部49は、Ψold 呼出を行う(ステップS13−3)。Ψold は、前回の車体傾斜制御処理実行時に保存されたΨ(t)の値である。なお、初期設定においては、Ψold =0とされている。
【0069】
続いて、横加速度推定部49は、フィルタ処理された操舵角Ψ(t)を算出する(ステップS13−4)。該Ψ(t)は、次の式(8)によって算出される。
Ψ(t)=Ψold /(1+TS w(ν))+TS w(ν)θ/(1+TS w(ν))
・・・式(8)
該式(8)は、バンドパスフィルタとして一般的に使用されるIIR(Infinite Impulse Response)フィルタの式であり、一次遅れ系のローパスフィルタであるカットオフ周波数可変ローパスフィルタを表している。
【0070】
そして、横加速度推定部49は、Ψold =Ψ(t)として保存し(ステップS13−5)、フィルタ処理を終了する。つまり、今回の車体傾斜制御処理実行時に算出したΨ(t)の値をΨold として、記憶手段に保存する。
【0071】
続いて、横加速度推定部49は、LH 呼出を行い(ステップS14)、横加速度予測値af を算出する(ステップS15)。該横加速度予測値af は、次の式(9)によって算出される。
af =ν2 tan{Ψ(t)}/LH ・・・式(9)
該式(9)は、ハンドルバー41aの操舵によって生じる横加速度、すなわち、旋回走行によって生じる遠心力を表している。
【0072】
最後に、横加速度推定部49は、傾斜制御部47へ横加速度予測値af を送出して(ステップS16)、横加速度推定処理を終了する。
【0073】
このように、本実施の形態においては、合成横加速度aの値がゼロとなるようにフィードバック制御を行うとともに、要求旋回量及び車速から横加速度予測値af を算出し、算出した横加速度予測値af を使用したフィードフォワード制御を行う。
【0074】
これにより、旋回時における車体の傾斜角を横加速度と重力とが釣り合うような角度に適切に制御することができる。また、路面18が横方向に傾斜していても、車体を鉛直に保つことができる。さらに、旋回開始時及び終了時のように、横加速度の変化が大きいときであっても、制御に遅れが発生することがない。このため、車両10の安定性を高く保つことができ、乗員の違和感を低減し、快適性を向上させることができる。
【0075】
また、取得した要求旋回量に、車速によってカットオフ周波数を変化させるローパスフィルタをかけることにより、高速走行時の安定性を確保することができる。
【0076】
次に、車体のロールレートのうちの外乱分のロールレートを算出する外乱演算処理の動作について説明する。
【0077】
図9は本発明の第1の実施の形態における外乱演算処理の動作を示すフローチャート、図10は本発明の第1の実施の形態におけるリンク角速度算出処理のサブルーチンを示すフローチャートである。
【0078】
外乱演算部43は、外乱演算処理を開始すると、まず、第1横加速度センサ44aから第1横加速度センサ値a1 を取得するとともに(ステップS21)、横加速度演算部48から合成横加速度aを取得する(ステップS22)。そして、外乱演算部43は、傾斜加速度aS を算出する(ステップS23)。該aS は次の式(10)によって表される。
aS =a1 −a ・・・式(10)
そして、外乱演算部43は、算出した傾斜加速度aS をリングバッファに保存する(ステップS24)。該リングバッファは、傾斜制御ECU46のメモリ領域に確保されたデータ保持用のバッファである。そして、あらかじめ用意したt秒分のリングバッファに、現在からt秒前までの傾斜加速度aS を保存する。
【0079】
続いて、外乱演算部43は、ロールレートを算出する(ステップS25)。車体のロールレートをωS とすると、該ωS は、傾斜加速度aS を過去t秒分だけ積分することによって算出される。具体的には、ロールレートωS は次の式(11)によって算出される。
ωS =(ΣaS )Δt/L1 ・・・式(11)
ここで、Σの項は、リングバッファに保存されている傾斜加速度aS の値の総和を意味する。また、Δtはサンプリング周期である。なお、リングバッファは、t/Δt個分の保存領域を備える。
【0080】
なお、前記式(11)は、積分による誤差を緩和するためのものであり、積分領域t、すなわち、積分する時間t秒は、横加速度センサ44の性能等によって変化するので、遅れ等を考慮して、実験的に決定される。
【0081】
続いて、外乱演算部43は、リンク角速度算出処理を実行し(ステップS26)、Δηを算出する。Δηは、リンク機構30のリンク角の角速度であって、リンク角センサ25aが検出したリンク角センサ値ηを微分することによって算出される。
【0082】
リンク角速度算出処理において、外乱演算部43は、まず、リンク角センサ25aが検出したリンク角センサ値ηを取得する(ステップS26−1)。
【0083】
続いて、外乱演算部43は、ηold 呼出を行うとともに(ステップS26−2)、制御周期TS を取得する(ステップS26−3)。ηold は、前回の車体傾斜制御処理実行時に保存されたηの値である。なお、初期設定においては、ηold =0とされている。
【0084】
続いて、外乱演算部43は、ηの微分値、すなわち、Δηを算出する(ステップS26−4)。Δηは、次の式(12)によって算出される。
Δη=(η−ηold )/TS ・・・式(12)
そして、外乱演算部43は、ηold =ηとして保存し(ステップS26−5)、リンク角速度算出処理を終了する。つまり、今回の車体傾斜制御処理実行時に算出したηの値をηold として、記憶手段に保存する。
【0085】
続いて、外乱演算部43は、外乱分のロールレートを算出する(ステップS27)。外乱分のロールレートをωN とすると、該ωN は、次の式(13)によって算出される。
ωN =ωS −Δη ・・・式(13)
つまり、実際の車体のロールレートωS から、リンク機構30のリンク角の角速度Δηを減じることによって外乱分のロールレートωN を得ることができる。
【0086】
最後に、外乱演算部43は、傾斜制御部47へ外乱分のロールレートωN を送出して(ステップS28)、外乱演算処理を終了する。
【0087】
このように、本実施の形態においては、横加速度センサ44の一方(具体的には、第1横加速度センサ44a)の検出値a1 から合成横加速度aを減ずることで、車体の傾斜方向の振動成分、すなわち、傾斜加速度aS を得ることができる。さらに、傾斜加速度aS を積分した値から、リンク角センサ25aが検出したリンク角センサ値ηを微分した値、すなち、リンク角の角速度Δηを減ずることで、車体の不安定要因となる傾斜方向への外乱分のロールレートωN を算出する。換言すると、横加速度から、旋回による遠心力の分力、傾斜による重力の分力、及び、リンクモータ25による傾斜動作で発生する横加速度の3つを減ずることによって、路面の段差、横風等の外乱により車体の傾斜角度の変化を選択的に抽出する。
【0088】
このようにして算出した外乱分のロールレートωN を用いて、これに応じた値をリンクモータ25の目標速度に加えることによって、傾斜方向への外乱を受けたときにも、安定した走行状態を得ることができる制御を実現することができる。
【0089】
次に、傾斜制御処理及びリンクモータ制御処理の動作について説明する。
【0090】
図11は本発明の第1の実施の形態におけるゲインの例を示す図、図12は本発明の第1の実施の形態における傾斜制御処理の動作を示すフローチャート、図13は本発明の第1の実施の形態におけるリンクモータ制御処理の動作を示すフローチャートである。
【0091】
傾斜制御部47は、傾斜制御処理を開始すると、まず、横加速度演算部48から合成横加速度aを受信する(ステップS31)。
【0092】
続いて、傾斜制御部47は、aold 呼出を行う(ステップS32)。aold は、前回の車体傾斜制御処理実行時に保存された合成横加速度aである。なお、初期設定においては、aold =0とされている。
【0093】
続いて、傾斜制御部47は、制御周期TS を取得し(ステップS33)、aの微分値を算出する(ステップS34)。ここで、aの微分値をΔaとすると、該Δaは次の式(14)によって算出される。
Δa=(a−aold )/TS ・・・式(14)
そして、傾斜制御部47は、aold =aとして保存する(ステップS35)。つまり、今回の車体傾斜制御処理実行時に取得した合成横加速度aをaold として、記憶手段に保存する。
【0094】
続いて、傾斜制御部47は、第1制御値UP を算出する(ステップS36)。ここで、比例制御動作の制御ゲイン、すなわち、比例ゲインをGP とすると、第1制御値UP は次の式(15)によって算出される。
UP =GP a ・・・式(15)
続いて、傾斜制御部47は、第2制御値UD を算出する(ステップS37)。ここで、微分制御動作の制御ゲイン、すなわち、微分時間をGD とすると、第2制御値UD は次の式(16)によって算出される。
UD =GD Δa ・・・式(16)
続いて、傾斜制御部47は、第3制御値Uを算出する(ステップS38)。該第3制御値Uは、第1制御値UP と第2制御値UD との合計であり、次の式(17)によって算出される。
U=UP +UD ・・・式(17)
なお、前記ステップS31〜S38の動作は、合成横加速度aの値がゼロとなるように車体の傾斜角度を制御するフィードバック制御を表している。
【0095】
続いて、傾斜制御部47は、横加速度推定部49から横加速度予測値af を受信する(ステップS39)。
【0096】
続いて、傾斜制御部47は、afold呼出を行う(ステップS40)。afoldは、前回の車体傾斜制御処理実行時に保存された横加速度予測値af である。なお、初期設定においては、afold=0とされている。
【0097】
続いて、傾斜制御部47は、af の微分値を算出する(ステップS41)。ここで、af の微分値をΔaf とすると、該Δaf は次の式(18)によって算出される。
Δaf =(af −afold)/TS ・・・式(18)
そして、傾斜制御部47は、afold=af として保存する(ステップS42)。つまり、今回の車体傾斜制御処理実行時に取得した横加速度予測値af をafoldとして、記憶手段に保存する。
【0098】
続いて、傾斜制御部47は、第4制御値UfDを算出する(ステップS43)。ここで、微分制御動作の制御ゲインをGyDとすると、第4制御値UfDは次の式(19)によって算出される。
UfD=GyDΔaf ・・・式(19)
続いて、傾斜制御部47は、第5制御値Uを算出する(ステップS44)。該第5制御値Uは、第3制御値Uと第4制御値UfDとの合計であり、次の式(20)によって算出される。
U=U+UfD ・・・式(20)
なお、前記ステップS39〜S44の動作は、操舵角及び車速に基づいて得られた横加速度予測値af を使用したフィードフォワード制御を表している。
【0099】
続いて、傾斜制御部47は、外乱演算部43から外乱分のロールレートωN を受信する(ステップS45)。
【0100】
続いて、傾斜制御部47は、外乱制御用ゲインGwPを算出するとともに(ステップS46)、第6制御値UwPを算出する(ステップS47)。ここで、第6制御値UwPは次の式(21)によって算出される。
UwP=GwPωN ・・・式(21)
なお、外乱制御用ゲインGwPは、簡単化する場合には定数であってよく、さらに、制御系が理想の系である場合には、GwP=1とすることができる。しかし、本実施の形態における車体傾斜制御システムのような実際の制御系においては、制御対象であるリンクモータ25の遅れや、横加速度センサ44、リンク角センサ25a等のセンサの観測遅れ等があるため、外乱制御用ゲインGwPの値を調整する必要がある。
【0101】
また、振動等に過敏に応答してしまうことを避けるため、外乱分のロールレートωN の値が大きい場合には、外乱制御用ゲインGwPの値も大きくなるように調整することが望ましい。
【0102】
例えば、GwP=|ωN |とすると、第6制御値UwPを次の式(22)で表すことができる。
UwP=|ωN |ωN =sign(ωN )ωN 2 ・・・式(22)
ここで、sign(x)は、xが正の値であるときは+1、負の値であるときは−1を表す。
【0103】
もっとも、前記式(22)では、外乱分のロールレートωN の値が小さいと第6制御値UwPの値が小さくなり過ぎる場合がある。このような場合には、外乱制御用ゲインGwPの値を、例えば、図11に示されるように、外乱分のロールレートωN の値に応じて変化させるようにしてもよい。つまり、図11に示されるような関数を用いて、外乱制御用ゲインGwPの値を決定することができる。なお、図11において、G1は、最低限作用させたい外乱制御用ゲインGwPの値であり、ω1は外乱制御用ゲインGwPの値を増加させたい外乱分のロールレートωN の値である。
【0104】
続いて、傾斜制御部47は、第7制御値Uを算出する(ステップS48)。該第7制御値Uは、第5制御値Uと第6制御値UwPとの合計であり、次の式(23)によって算出される。
U=U+UwP ・・・式(23)
最後に、傾斜制御部47は、第7制御値Uを速度指令値としてリンクモータ制御部42へ出力して(ステップS49)、処理を終了する。
【0105】
また、リンクモータ制御部42は、リンクモータ制御処理を開始すると、まず、傾斜制御部47から第7制御値Uを受信する(ステップS51)。
【0106】
続いて、リンクモータ制御部42は、リンク角センサ25aが検出したリンク角センサ値ηを取得し(ステップS52)、リンク角速度算出処理を実行して(ステップS53)、リンク機構30のリンク角の角速度Δηを算出する。なお、リンク角速度算出処理の動作は、外乱演算部43が実行するリンク角速度算出処理の動作、すなわち、図10に示されるステップS26−1〜S26−5の動作と同様であるので、説明を省略する。
【0107】
また、リンクモータ制御部42は、リンク角の角速度Δηの値を外乱演算部43から取得することによって、前記ステップS52及びS53の動作を省略することもできる。
【0108】
続いて、リンクモータ制御部42は、制御誤差を算出する(ステップS54)。ここで、制御誤差をεとすると、該εは、次の式(24)によって算出される。
ε=U−Δη ・・・式(24)
なお、Uは傾斜制御部47から受信した第7制御値Uである。
【0109】
続いて、リンクモータ制御部42は、モータ制御比例ゲインGMPを取得する(ステップS55)。該モータ制御比例ゲインGMPの値は、実験等に基づいて設定された値であり、あらかじめ記憶手段に格納されている。
【0110】
続いて、リンクモータ制御部42は、リンクモータ25を作動させるためのトルク指令値を算出する(ステップS56)。ここで、トルク指令値をUT とすると、該UT は次の式(25)によって算出される。
UT =GMPε ・・・式(25)
最後に、リンクモータ制御部42は、トルク指令値をUT をリンクモータ25へ出力して(ステップS57)、処理を終了する。
【0111】
このように、本実施の形態においては、車体の傾斜方向への外乱を受けたとき、車体の傾斜角度の変化のうちの外乱による変化分を抽出し、抽出した外乱による変化分に対応する制御値を加えて、車体の傾斜を制御する。具体的には、車体の不安定要因となる傾斜方向への外乱分のロールレートωN を求め、外乱分のロールレートωN に応じた制御値を加えて車体の傾斜角度を制御する。これにより、路面の段差、横風等によって車両10が傾斜方向への外乱を受けたときにも、安定した走行状態を得ることができる。なお、前記外乱は、例えば、左右の車輪12L及び12Rの一方が路面18から浮き上がることが想定される程度の大きさの横方向の外力である。
【0112】
また、外乱分のロールレートωN が大きくなるほど外乱制御用ゲインGwPの値を大きくすることによって、外乱が小さいときや外乱がないときには過大な制御ゲインに起因する制御の安定性の低下を適切に防止することができるとともに、大きな又は急激な外乱を受けたときには外乱の影響を抑制して車体の傾斜角度を適切に制御することができる。
【0113】
さらに、合成横加速度aの値がゼロとなるようにフィードバック制御を行うとともに、横加速度予測値af を使用したフィードフォワード制御を行うので、旋回時における車体の傾斜角を横加速度と重力とが釣り合うような角度に適切に制御することができる。また、路面18が横方向に傾斜していても、車体を鉛直に保つことができる。さらに、旋回開始時及び終了時のように、横加速度の変化が大きいときであっても、制御に遅れが発生することがない。このため、車両10の安定性を高く保つことができ、乗員の違和感を低減し、快適性を向上させることができる。
【0114】
なお、本実施の形態においては、外乱演算部43が横加速度センサ44の一方の検出値及び合成横加速度aに基づいて、車体のロールレートωS を算出する例について説明したが、車体のロールレートωS はセンサによって直接検出することもできる。
【0115】
次に、車体のロールレートωS を直接検出するようにした変形例について説明する。
【0116】
図14は本発明の第1の実施の形態における車体傾斜制御システムの構成の変形例を示すブロック図である。
【0117】
変形例における車体傾斜制御システムでは、図に示されるように、傾斜制御ECU46にロールレートセンサ44cが接続されている。該ロールレートセンサ44cは、車体の傾斜運動の角速度、すなわち、車体のロールレートωS を検出する一般的なロールレートセンサであって、例えば、ジャイロセンサを、地面と垂直で、かつ、車両10の直進方向と垂直な面内での回転角速度を検出することができるように車体に取り付けたものである。前記ロールレートセンサ44cは、地面と垂直で、かつ、車両10の直進方向と垂直な面内であれば、車体の任意の位置に取り付けることができる。
【0118】
そして、外乱演算部43は、ロールレートセンサ44cが検出した車体のロールレートωS を取得する。したがって、図9に示される外乱演算処理におけるステップS21〜S25の動作を省略することができる。
【0119】
なお、その他の点の構成及び動作については、同様であるので、説明を省略する。
【0120】
次に、本発明の第2の実施の形態について説明する。なお、第1の実施の形態と同じ構造を有するものについては、同じ符号を付与することによってその説明を省略する。また、前記第1の実施の形態と同じ動作及び同じ効果についても、その説明を省略する。
【0121】
図15は本発明の第2の実施の形態における傾斜制御処理の動作を示すフローチャート、図16は本発明の第2の実施の形態におけるワインドダウン制御処理のサブルーチンを示すフローチャート、図17は本発明の第2の実施の形態における外乱加速度演算処理のサブルーチンを示すフローチャートである。
【0122】
車両10が小型であると、左右の車輪12L及び12Rが備えるタイヤの弾性変形、車体の各部の弾性変形、サスペンションを備える場合にはサスペンションのスプリングの弾性変形等が車体の傾斜制御に及ぼす影響が相対的に大きくなる。
【0123】
例えば、タイヤは、理論上、スプリングとダンパとを組み合わせたものと同じような振動特性を備えるので、サスペンションと同様に、共振点を有する。そして、車両10が小型である場合、前記共振点で車両10全体が揺すられると、振幅が大きくなるので、傾斜が大きくなって、安全性が損なわれる。特に、左右の車輪12L及び12Rの一方のみが段差を通過した場合や、車両10が突然の横風を受けた場合のように、インパルス状又はステップ状の大入力が車両10に加えられると、前記共振点で車両10全体が大きく揺すられ、車体の傾斜が非常に大きくなってしまうことがあり得る。
【0124】
このような弾性変形による傾斜制御への影響を除去するためには、例えば、横加速度、ロールレートの微分値等の加速度要素を利用することが考えられる。しかし、実際のセンサによる加速度要素の検出値は、振動的なので、フィードバック要素として利用すると、更に振動的となって、フィードバックゲインを大きくすることができず、制御の効果を発揮させることができない。また、フィードバックゲインを大きくするために、センサによる加速度要素の検出値にフィルタをかけると、遅れが大きくなるので、制御の効果を発揮させることができない。
【0125】
そこで、本実施の形態においては、タイヤやその他の部分の弾性変形を考慮した制御としての巻き戻し制御、すなわち、ワインドダウン制御を行う。
【0126】
該ワインドダウン制御では、一定以上の入力があった場合、タイヤやその他の部分の弾性変形開始を検知して素早く制御値の符号を反転するとともに、弾性変形終了を検知して制御値の符号を元に戻すようになっている。これにより、衝撃を吸収して車両10の共振を減少させることができるので、インパルス状又はステップ状の大入力が車両10に加えられた場合であっても、車体の傾斜が大きくなることを防止することができる。
【0127】
本実施の形態において、車両10の構成については、前記第1の実施の形態と同様であるので、その説明を省略し、旋回走行における車体傾斜制御処理の動作についてのみ説明する。
【0128】
車体傾斜制御システムが車体傾斜制御処理を開始すると、横加速度演算部48は横加速度演算処理を実行し、横加速度推定部49は横加速度推定処理を実行し、外乱演算部43は外乱演算処理を実行し、リンクモータ制御部42はリンクモータ制御処理を実行するが、本実施の形態における横加速度演算処理、横加速度推定処理、外乱演算処理及びリンクモータ制御処理の動作は、前記第1の実施の形態における横加速度演算処理、横加速度推定処理、外乱演算処理及びリンクモータ制御処理の動作、すなわち、図6〜10及び13のフローチャートに示される動作と同様であるので、その説明を省略する。
【0129】
また、傾斜制御部47は、傾斜制御処理を開始すると、まず、横加速度演算部48から合成横加速度aを受信する(ステップS61)。なお、該合成横加速度aを受信してから第6制御値UwPを算出するまでの動作、すなわち、図15に示されるステップS61〜S77までの動作は、前記第1の実施の形態において説明したステップS31〜S47と同様であるので、その説明を省略する。
【0130】
そして、第6制御値UwPを算出すると、傾斜制御部47は、ワインドダウン制御処理を実行する(ステップS78)。前述のように、ワインドダウン制御では、タイヤやその他の部分の弾性変形開始を検知して制御値の符号を反転するとともに、弾性変形終了を検知して制御値の符号を元に戻すようになっている。つまり、ワインドダウン制御では、弾性部材が外乱を受けて弾性変形を開始してからその弾性変形が終了するまでの期間だけワインドダウンを実行し、弾性部材がそれ自体の弾性によって復元を開始してから以降の期間ではワインドダウンを停止する。ワインドダウンを停止している、又は、実行しないときは、前記第1の実施の形態と同様の制御が行われる。
【0131】
例えば、左右の車輪12L及び12Rの一方のみが凹部を通過した際に凹部に落下する場合を例にとって説明すると、一方の車輪のタイヤは、宙に浮いた状態から落下して凹部の底面に接地する。そして、前記タイヤは、接地してから縮み、縮み終わると、膨らんで元の形状に復帰する。ワインドダウンは、タイヤが接地してから縮み終わるまでの期間だけ実行され、タイヤが接地するまでの期間、及び、タイヤが縮み終わってから以降の期間には実行されない。
【0132】
ワインドダウン制御処理において、傾斜制御部47は、まず、外乱分のロールレートωN を取得(ステップS78−1)し、外乱加速度演算処理を実行する(ステップS78−2)。なお、外乱分のロールレートωN は、ステップS75において外乱演算部43から受信したものである。
【0133】
そして、外乱加速度演算処理において、傾斜制御部47は、まず、ωN-1 呼出を行うとともに(ステップS78−2−1)、制御周期TS を取得する(ステップS78−2−2)。ωN-1 は、前回の車体傾斜制御処理実行時に保存された外乱分のロールレートωN の値である。なお、初期設定においては、ωN-1 =0とされている。
【0134】
続いて、傾斜制御部47は、外乱分のロールレートωN の微分値を算出して(ステップS78−2−3)、外乱加速度演算処理を終了する。ここで、ωN の微分値をΔωN とすると、該ΔωN は次の式(26)によって算出される。
ΔωN =(ωN −ωN-1 )/TS ・・・式(26)
続いて、傾斜制御部47は、フラグFに1がセットされているか否か、すなわち、F=1であるか否かを判断する(ステップS78−3)。なお、初期設定においては、フラグFにはゼロがセットされている、すなわち、F=0である。また、F=1は、前記例において、タイヤが接地してから縮み終わるまでの期間であることを示している。
【0135】
そして、F=1である場合、傾斜制御部47は、ΔωN ΔωN-1 <0であるか否かを判断する(ステップS78−4)。ΔωN は、外乱分のロールレートωN の微分値であって外乱分のロールレートωN の変化率、すなわち、外乱分のロールレートωN の変化を示す曲線の傾斜を示すものである。したがって、ΔωN ΔωN-1 <0であることは、前回の車体傾斜制御処理実行時における外乱分のロールレートωN を示す曲線の傾斜と、今回の車体傾斜制御処理実行時における外乱分のロールレートωN を示す曲線の傾斜とが異なること、すなわち、外乱分のロールレートωN を示す曲線上の変曲点を通過したことを意味する。
【0136】
そして、ΔωN ΔωN-1 <0である場合、傾斜制御部47は、フラグFにゼロをセットする、すなわち、F=0とする(ステップS78−5)。
【0137】
続いて、傾斜制御部47は、外乱分のロールレートωN の絶対値があらかじめ設定された所定の閾(しきい)値A1 より大きいか否か、すなわち、|ωN |>A1 であるか否かを判断する(ステップS78−6)。なお、ステップS78−3でF=1であるか否かを判断してF=1でない場合、及び、ステップS78−4でΔωN ΔωN-1 <0であるか否かを判断してΔωN ΔωN-1 <0でない場合には、そのまま、|ωN |>A1 であるか否かを判断する。
【0138】
ここで、A1 は、車体への入力が一定以上であるか否かを判断するために設定された閾値であり、外乱分のロールレートωN の絶対値がA1 より大きい場合には、一定以上の入力があったものと判断され、タイヤやその他の部分の弾性変形開始が検知され、制御値の符号が反転される。なお、A1 は0以上の値である。また、A1 は、ワインドダウンを実行しない場合に車両10が転倒しない最大の外乱分のロールレートωN の絶対値を基準とし、それよりも絶対値が小さくなるように設定される。
【0139】
したがって、|ωN |>A1 である場合、傾斜制御部47は、ΔωN ΔωN-1 <0であるか否かを判断する(ステップS78−7)。そして、ΔωN ΔωN-1 <0である場合、傾斜制御部47は、フラグFに1をセットする、すなわち、F=1とする(ステップS78−8)。
【0140】
続いて、傾斜制御部47は、ωN ωN-1 <0であるか否かを判断する(ステップS78−9)。なお、ステップS78−6で|ωN |>A1 であるか否かを判断して|ωN |>A1 でない場合、ステップS78−7でΔωN ΔωN-1 <0であるか否かを判断してΔωN ΔωN-1 <0でない場合、及び、ステップS78−4でΔωN ΔωN-1 <0であるか否かを判断してΔωN ΔωN-1 <0であった場合には、そのまま、ωN ωN-1 <0であるか否かを判断する。
【0141】
ここで、ωN ωN-1 <0であることは、前回の車体傾斜制御処理実行時における外乱分のロールレートωN の正負と、今回の車体傾斜制御処理実行時における外乱分のロールレートωN の正負とが異なること、すなわち、外乱分のロールレートωN を示す曲線がゼロを示す軸(X軸)を通過したこと(いわゆるゼロクロスしたこと)を意味する。
【0142】
そして、ωN ωN-1 <0である場合、傾斜制御部47は、フラグFにゼロをセットする、すなわち、F=0とする(ステップS78−10)。
【0143】
続いて、傾斜制御部47は、フラグFに1がセットされているか否か、すなわち、F=1であるか否かを判断する(ステップS78−11)。なお、ステップS78−9でωN ωN-1 <0であるか否かを判断してωN ωN-1 <0でない場合には、そのまま、F=1であるか否かを判断する。
【0144】
そして、傾斜制御部47は、F=1でない場合にはワインドダウン制御用ゲインGwSを1とし(ステップS78−12)、F=1である場合にはワインドダウン制御用ゲインGwSを−1とする(ステップS78−13)。
【0145】
続いて、傾斜制御部47は、第7制御値Uを算出する(ステップS78−14)。該第7制御値Uは、第5制御値Uと、第6制御値UwPにワインドダウン制御用ゲインGwSを乗じた値との合計であり、次の式(27)によって算出される。
U=U+UwPGwS ・・・式(27)
最後に、傾斜制御部47は、ωN-1 =ωN として保存し、かつ、ΔωN-1 =ΔωN として保存し(ステップS78−15)、ワインドダウン制御処理を終了する。つまり、今回の車体傾斜制御処理実行時のωN 及びΔωN の値をωN-1 及びΔωN-1 として、記憶手段に保存する。
【0146】
すると、傾斜制御部47は、第7制御値Uを速度指令値としてリンクモータ制御部42へ出力して(ステップS79)、処理を終了する。
【0147】
なお、ワインドダウン制御処理におけるステップS78−6の動作は、ワインドダウンを実行すべき入力であるか否かを判断することに相当する。|ωN |>A1 であることは、ワインドダウンを実行すべき入力であることに相当する。
【0148】
そして、ステップS78−7の動作は、前記タイヤの例に則して説明すると、宙に浮いているタイヤが接地したか否かを判断することに相当する。ΔωN ΔωN-1 <0であることは、タイヤが接地して外乱分のロールレートωN を示す曲線の傾斜が変化したことに相当するので、ワインドダウンを実行するためにステップS78−8でF=1とする。
【0149】
また、ステップS78−9の動作は、前記タイヤの例に則して説明すると、接地しているタイヤが縮み終わったか否かを判断することに相当する。ωN ωN-1 <0であることは、タイヤが縮み終わって外乱分のロールレートωN を示す曲線がゼロクロスしたことに相当するので、ワインドダウンを停止するためにステップS78−10でF=0とする。
【0150】
タイヤが接地してから縮み終わるまでは、F=1なのでGwS=−1であるから、前記式(27)によって、第7制御値Uは次の式(28)で表される。
U=U−UwP ・・・式(28)
該式(28)を前記式(23)で表される第1の実施の形態における第7制御値Uと比較すると、UwPの2倍だけ小さいことが分かる。これにより、タイヤが接地してから縮み終わるまでは、ワインドダウンを実行することによって、傾斜制御における制御ゲインを巻き戻して小さくしていることが分かる。
【0151】
一方、タイヤが接地するまでの期間、及び、タイヤが縮み終わった後の期間では、F=0なのでGwS=1であるから、前記式(27)によって、第7制御値Uは次の式(29)で表される。
U=U+UwP ・・・式(29)
該式(29)は前記式(23)と同一である。これにより、タイヤが接地するまでの期間、及び、タイヤが縮み終わった後の期間では、ワインドダウンを実行せず、前記第1の実施の形態と同様の制御を行うことが分かる。
【0152】
また、ステップS78−3及びS78−4の動作は、前記タイヤの例に則して説明すると、タイヤが縮み終わらないうちに、車輪12が別の凹部に落下して、再びタイヤが宙に浮いた状態になったか否かを判断することに相当する。ΔωN ΔωN-1 <0であることは、タイヤが再び宙に浮いて外乱分のロールレートωN を示す曲線の傾斜が変化したことに相当するので、ワインドダウンを停止するためにステップS78−5でF=0とする。
【0153】
このように、本実施の形態においては、外乱による部材の弾性変形に応じて、外乱による変化分に対応する制御値を変化させる。好ましくは、外乱による部材の弾性変形が開始されてから終了するまでの期間、車体の傾斜を制御するための制御ゲインを巻き戻すように、外乱による変化分に対応する制御値を変化させる。
【0154】
具体的には、タイヤやその他の部分の弾性変形を考慮したワインドダウン制御を行い、一定以上の入力があった場合、タイヤやその他の部分が弾性変形を開始してから終了するまでの期間だけワインドダウンを実行し、傾斜制御における制御ゲインを巻き戻して小さくするようになっている。なお、前記弾性変形は、タイヤやその他の部分の前記入力を受けることによる一方向への変形であって、タイヤやその他の部分のそれ自体の弾性による反対方向への変形(いわゆるバウンスバック)は含まない。つまり、ワインドダウンは、タイヤやその他の部分が前記入力を受けて変形を開始してからバウンスバックを開始するまでの期間だけ実行される。
【0155】
これにより、タイヤやその他の部分の弾性変形による傾斜制御への影響を除去することができ、傾斜方向への大きな外乱を受けたときであっても、共振が発生することなく、車体の傾斜角度を適切に制御することができ、安定した走行状態を得ることができる。
【0156】
なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々変形させることが可能であり、それらを本発明の範囲から排除するものではない。
【産業上の利用可能性】
【0157】
本発明は、少なくとも左右一対の車輪を有する車両に利用することができる。
【符号の説明】
【0158】
10 車両
11 搭乗部
12F、12L、12R 車輪
20 本体部
25 リンクモータ
44 横加速度センサ
44a 第1横加速度センサ
44b 第2横加速度センサ
53 操舵角センサ
54 車速センサ
【特許請求の範囲】
【請求項1】
互いに連結された操舵部及び駆動部を備える車体と、
前記操舵部に回転可能に取り付けられた車輪であって、前記車体を操舵する操舵輪と、
前記駆動部に回転可能に取り付けられた車輪であって、前記車体を駆動する駆動輪と、
前記操舵部又は駆動部を旋回方向に傾斜させる傾斜用アクチュエータ装置と、
前記車体に作用する横加速度を検出する横加速度センサと、
前記傾斜用アクチュエータ装置を制御して前記車体の傾斜を制御する制御装置とを有し、
該制御装置は、前記車体の傾斜方向への外乱を受けたとき、車体の傾斜角度の変化のうちの外乱による変化分を抽出し、抽出した外乱による変化分に対応する制御値を加えて、前記車体の傾斜を制御することを特徴とする車両。
【請求項2】
前記制御装置は、前記車体のロールレートのうちの外乱分のロールレートを前記外乱による変化分として抽出し、前記外乱分のロールレートが大きくなるほど値が大きくなる外乱制御用ゲインを前記外乱分のロールレートに乗じた値を、前記外乱による変化分に対応する制御値とする請求項1に記載の車両。
【請求項3】
乗員が要求する前記車体の要求旋回量を検出する要求旋回量検出手段と、
車速を検出する車速検出手段とを更に有し、
前記制御装置は、前記横加速度センサが検出する横加速度に基づくフィードバック制御を行うとともに、前記要求旋回量検出手段が検出する要求旋回量及び前記車速検出手段が検出する車速に基づくフィードフォワード制御を行って前記車体の傾斜を制御する請求項1又は2に記載の車両。
【請求項4】
前記制御装置は、前記外乱による部材の弾性変形に応じて、前記外乱による変化分に対応する制御値を変化させる請求項1〜3のいずれか1項に記載の車両。
【請求項5】
前記制御装置は、前記外乱による部材の弾性変形が開始されてから終了するまでの期間、前記車体の傾斜を制御するための制御ゲインを巻き戻すように、前記外乱による変化分に対応する制御値を変化させる請求項4に記載の車両。
【請求項1】
互いに連結された操舵部及び駆動部を備える車体と、
前記操舵部に回転可能に取り付けられた車輪であって、前記車体を操舵する操舵輪と、
前記駆動部に回転可能に取り付けられた車輪であって、前記車体を駆動する駆動輪と、
前記操舵部又は駆動部を旋回方向に傾斜させる傾斜用アクチュエータ装置と、
前記車体に作用する横加速度を検出する横加速度センサと、
前記傾斜用アクチュエータ装置を制御して前記車体の傾斜を制御する制御装置とを有し、
該制御装置は、前記車体の傾斜方向への外乱を受けたとき、車体の傾斜角度の変化のうちの外乱による変化分を抽出し、抽出した外乱による変化分に対応する制御値を加えて、前記車体の傾斜を制御することを特徴とする車両。
【請求項2】
前記制御装置は、前記車体のロールレートのうちの外乱分のロールレートを前記外乱による変化分として抽出し、前記外乱分のロールレートが大きくなるほど値が大きくなる外乱制御用ゲインを前記外乱分のロールレートに乗じた値を、前記外乱による変化分に対応する制御値とする請求項1に記載の車両。
【請求項3】
乗員が要求する前記車体の要求旋回量を検出する要求旋回量検出手段と、
車速を検出する車速検出手段とを更に有し、
前記制御装置は、前記横加速度センサが検出する横加速度に基づくフィードバック制御を行うとともに、前記要求旋回量検出手段が検出する要求旋回量及び前記車速検出手段が検出する車速に基づくフィードフォワード制御を行って前記車体の傾斜を制御する請求項1又は2に記載の車両。
【請求項4】
前記制御装置は、前記外乱による部材の弾性変形に応じて、前記外乱による変化分に対応する制御値を変化させる請求項1〜3のいずれか1項に記載の車両。
【請求項5】
前記制御装置は、前記外乱による部材の弾性変形が開始されてから終了するまでの期間、前記車体の傾斜を制御するための制御ゲインを巻き戻すように、前記外乱による変化分に対応する制御値を変化させる請求項4に記載の車両。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【公開番号】特開2012−30745(P2012−30745A)
【公開日】平成24年2月16日(2012.2.16)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−173669(P2010−173669)
【出願日】平成22年8月2日(2010.8.2)
【出願人】(591261509)株式会社エクォス・リサーチ (1,360)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成24年2月16日(2012.2.16)
【国際特許分類】
【出願日】平成22年8月2日(2010.8.2)
【出願人】(591261509)株式会社エクォス・リサーチ (1,360)
【Fターム(参考)】
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